过氧化氢与钨粉在水中反应的动力学机理外文翻译资料

 2021-12-25 17:02:16

英语原文共 10 页

过氧化氢与钨粉在水中反应的动力学机理

摘要:在这项工作中,我们实验研究了H2O2与钨粉在3-羟甲基-氨基甲烷中的反应。通过量化净化产品CH2O从而量化羟基自由基。 XRDXPSSEM分析表明反应后没有发生显着的结构或组成变化。我们比较了非均相W(s)/ H2O2/ Tris体系和均相W(aq)/ H2O2 / Tris体系中的H2O2消耗和CH2O形成。增加钨粉粉末的量导致钨粉溶出速率增加,H2O2消耗率无显着增加且最终CH2O产量降低。相反,随着被溶解的钨粉浓度的增加,H2O2的消耗速率增加。在实验结果的基础上,提出了在3-羟甲基-氨基甲烷存在下H2O2与钨粉粉末反应的机理。该机理很好地解释了表面反应与均相Haber-Weiss过氧化物链断裂之间的关系。

W是一种重要的金属,具有许多技术应用,如冶金,核能,催化,太阳能,光催化,光学/电子和半导体。由于应用的多样化,已经进行了关于复杂溶液化学,PH灵敏度,氧化和溶解的研究。 过氧化氢已被广泛用作氧化剂,用以研究固态钨粉在水中的氧化行为,催化性能和溶解动力学. H2O2W(s)的非均相体系相当复杂,可能涉及氧化溶解,均相反应和表面反应。 据我们所知,之前没有进行过关于H2O2W涵盖所有方面的全面研究。

H2O2可以通过氧化还原反应和催化分解与金属/金属氧化物表面反应。已经表明,金属钨很容易通过氧化还原反应溶解在H2O2水溶液中。这是一个相当复杂的氧化溶解过程,涉及从金属态到金属态的逐步氧化。 W(VI)被还原为W(III)W(IV)被氧化为W(V)H2O2可与W(VI)反应形成过氧化合物,过氧化合物是过氧化氢分解的有效催化剂,且该络合反应是可逆的。[W2O3(O2)4]2minus;是一种典型的结构已经确定的过氧复合物。过氧复合物[W2O3(O2)4]2minus; 的四己基铵盐和过氧化氢用作有机化合物氧化的催化剂。如果溶解的钨浓度足够高,聚钨酸盐(W6O20(OH)5minus;W12O396minus;W12O4110minus;)可以存在在pH8的溶液中。然而,根据W-H2O系统的Eh-pH图,在基本条件下W(VI)是溶液中钨物质的主要氧化态。

Haber-Weiss过氧化物链断裂(R1R2)以过氧化氢通过单电子转移与金属离子反应产生HObull; 而被知道。

Mox H2O2→Mred HO2bull; H

Mred H2O2→Mox HObull; HO-

MoxMred表示过渡金属配合物中的单电子氧化还原对的氧化和还原形式(例如,Fe(III)/Fe(II),W(VI)/W(V))。 除了在水相中,反应(R1R2)也可以在固-液界面的非均相体系中发生。限速步骤是R1,可以通过添加配体或形成多金属氧酸盐来增强.R2是类芬顿反应.Haber-Weiss过氧化物链分解(如H2O2 /Fe(III)/Fe(II))表现出连续生成羟基自由基的行为。HObull;生成速率受Fe(II)的稳态浓度控制,Fe(II)的含量主要受总铁浓度的控制。

H2O2在金属/金属氧化物表面的催化分解已经研究了几十年,其机理在实验和理论上得到了阐明。近年来,Tris3-羟甲基-氨基甲烷)已用于研究分解,因为在过程中它是一种用于清除中间产物的高效清除剂。甲醛可以通过改进的Hantzsch方法定量。最近研究了清除机理和影响甲醛产量的因子(O2pH)。甲醛的产生主要取决于H2O23-羟甲基-氨基甲烷的表面浓度H2O2/ZrO2/探针系统的化学性质(例如H2O2的消耗率和O2的最终产量)是由于探针和H2O2之间的竞争与形成的HObull;反应而受探针的影响。据我们所知,还没有研究H2O2在钨或氧化钨上的催化分解。

在这项研究中,我们研究了在Tris3-羟甲基-氨基甲烷)存在下H2O2W在水悬浮液中的相互作用。 研究了H2O2的分解和CH2O的形成,并在非均相W(s)/H2O2/Tris系统和均相W(aq)/H2O2/Tris(从前一个系统中过滤掉)之间进行了比较。 此外,评估了用不同量的钨粉进行反应的动力学。 通过ICP-OES测定反应期间钨物质的溶解。 通过XRDX射线衍射),XPSX射线光电子能谱分析)和 SEM (扫描电子显微镜)在处理之前和之后对钨粉进行表面表征。 基于实验观察,提出了H2O2W反应的机理。

实验部分

仪表。使用Micrometrics Flowsorb II 2300仪器,基于使用30%N2和70%He组成的气体混合物的等温吸附和解吸,通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法测定钨粉的比表面积。使用Mettler Toledo AT261 Delta Range微量天平称重样品。使用Milipore水在N2(ge;99.999%,Strandmoslash;llenA/ S)饱和的水溶液中进行实验。使用Heidolph MR3001K磁力搅拌器以600rpm搅拌粉末悬浮液。通过使用Thermo Scientific Genesys 20UV/vis分光光度计收集UV/vis光谱。通过Metrohm 713 pH计测量溶液的pH,精确度为plusmn;0.1pH单位,通过标准pH试剂校准。

PANalytical X#39;Pert PRO衍射系统记录XRDX射线衍射),使用Bragg-Brentano几何形状,在10°100°2theta;角和CuKalpha;照射(lambda;= 1.54)。

进行SEM / EDS(扫描电子显微镜和能量色散光谱)分析以获得表面形态和元素信息。使用配备有来自Oxford InstrumentsEDS X-Max SDD(硅漂移检测器)50mm2检测器的FEI-XL 30系列仪器进行表面分析。使用20kV的加速电压获得所有图像(二次电子),并且使用5kV的加速电压进行EDS分析。

ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱,Thermo Scientific iCAP6000系列)用于所有溶液的痕量元素分析。ICP-OES的限制不能获得关于元素氧化态的信息。使用Sigma-AldrichICP元件标准IV,在207.9nm,209.8nm224.8nm的波长下进行钨的分析。

用带有延迟线检测器的Kratos Axis Ultra电子光谱仪记录XPSX射线光电子能谱)光谱。在150W下操作的单色AlKalpha;源,具有磁透镜的混合透镜系统,提供0.3times;0.7mm2

资料编号:[3649]

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