高分子金属錯体からの高分散金属超微粒子の合成と環境浄化機能に関する研究

高分子金属配合物合成高分散超细金属颗粒及其环境净化功能研究

基本信息

批准号：
05650775
负责人：
大塚康夫
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05650775/
关键词：
高分子金属錯体鉄超微粒子脱窒素機能

项目摘要

まず、酸素配位子を持つポリビニルアルコール(PVA)と硝酸鉄との混合水溶液にアルカリを添加した後、アセトン抽出によりPVA鉄錯体を調製し、不活性ガス中630℃で炭素化した。TEM観察やXRD測定の結果より、10nm以下の金属鉄超微粒子が、30%の高濃度で炭素上に均一に分散していることが明らかとなった。鉄微粒子の結晶形態は炭素化温度によって制御され、また鉄存在下では、炭素収率が著しく向上するとともに炭素の結晶化も進行した。この高分散金属鉄微粒子上では、アンモニアやアミンの分解が促進された。次に、N配位子を有するポリアクリロニトリル(PAN)上に、アモルファス状の水酸化鉄を沈殿担持して1000℃で炭素化し、30nm前後の鉄超微粒子が高分散した炭素の製造に成功した。炭素化過程では、超微粒子形成前の鉄クラスターとPAN中の窒素との相互作用が広範囲に起こり、通常はアンモニアやシアン化水素として脱離する窒素が、鉄存在下では極めて効率よくN_2に転化されることを見いだした。XRD測定結果より、窒化鉄や炭化鉄の生成が認められ、炭素のN 1s XPS測定より、ピリジン環の窒素が選択的にN_2に転化されることが判明した。これらの結果を総合して、鉄クラスターが炭素マトリックスに溶解しつつ固体内を移動して窒化鉄となり、その分解によってN_2が生成する反応機構で進行するものと結論された。このような超微粒子合成法は、酸素配位子を大量に含有する褐炭に対しても大変有効であり、900℃の熱分解により、10〜30nmの鉄超微粒子が炭素上に生成した。鉄微粒子は、ピリジン環やピロール環のN_2への転換を著しく促進した。これらの複素環の窒素は、燃焼過程で、酸性雨の原因となるNOxや地球温暖化ガスであるN_2Oとして排出されるので、本研究成果は、環境上有害な窒素酸化物のプリカーサーの除去法開発に非常に有用である。

首先，将碱加入到聚乙烯醇(PVA)与氧配体和硝酸铁的混合水溶液中，然后用丙酮萃取制备PVA铁络合物，并在惰性气体中于630℃碳化。 TEM观察和XRD测量的结果表明，10nm以下的超细金属铁颗粒以30％的高浓度均匀地分散在碳上。铁细粒的晶体形态受碳化温度控制，在铁存在下，碳收率显着提高，碳结晶进展。在这些高度分散的金属铁颗粒上促进了氨和胺的分解。接下来，将无定形氢氧化铁沉淀并负载在具有N配体的聚丙烯腈（PAN）上，并在1000℃下碳化，成功生产出高度分散的约30纳米的超细铁颗粒的碳。在碳化过程中，形成超细颗粒之前的铁簇与PAN中的氮之间广泛发生相互作用，并且通常以氨或氰化氢的形式消除的氮在铁存在下非常有效地转化为N_2。。 XRD测量结果证实了氮化铁和碳化铁的形成，碳N 1s XPS测量表明吡啶环中的氮选择性转化为N_2。综合这些结果，得出结论，该反应通过铁簇溶解在碳基体中并移动穿过固体形成氮化铁，然后分解产生N_2的反应机理进行。这种合成超细颗粒的方法对于含有大量氧配体的褐煤也非常有效，通过在900℃下热分解在碳上产生尺寸为10至30纳米的超细铁颗粒。铁颗粒显着促进吡啶环和吡咯环向N_2的转化。在燃烧过程中，这些杂环氮会以引起酸雨的NOx和一种导致全球变暖的气体N_2O的形式排放出来，因此，这项研究的结果提出了一种对于去除对环境有害的氮氧化物前体的方法非常有用。