【摘 要】
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挥发性有机污染物(VOCs)是目前空气污染的主要污染源之一,这类化合物对人类的生产生活以及动植物体的生长有着很大的消极影响。在众多消除方法中,末端治理控制中的催化氧化法具有去除效率高、能耗低、无二次污染的优点而被认为是最有效的方法之一,选用此种方法的关键在于催化剂。羟基磷灰石基材料有着较强的离子交换能力、高温稳定性和价格低等优点在催化领域中备受青睐,已被报道出可用于CO催化氧化、重金属污染土壤治理
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挥发性有机污染物(VOCs)是目前空气污染的主要污染源之一,这类化合物对人类的生产生活以及动植物体的生长有着很大的消极影响。在众多消除方法中,末端治理控制中的催化氧化法具有去除效率高、能耗低、无二次污染的优点而被认为是最有效的方法之一,选用此种方法的关键在于催化剂。羟基磷灰石基材料有着较强的离子交换能力、高温稳定性和价格低等优点在催化领域中备受青睐,已被报道出可用于CO催化氧化、重金属污染土壤治理、催化N2O反应。为此,我们主要构建了羟基磷灰石基负载贵金属系列催化剂,通过HAP载体对贵金属纳米粒子的“限域作用”,以期获得一种高空速、低温条件下催化性能较好的甲苯催化氧化催化剂。并研究了不同形貌及制备方法的HAP对甲苯催化氧化性能的影响,通过XRD、N2吸附脱附测试、TEM、FT-IR、H2-TPR等表征技术阐明催化剂的结构与催化活性之间的构效关系。(1)采用不同的合成方法和添加不同结构导向剂制备出微观形貌为棒状、片状、花状的HAP载体,其中,水热法制得的样品结晶度高,比表面积较低。载体具有花状结构的Pt/HAP-H催化剂在甲苯催化氧化反应中体现较高的催化活性,在空速30000 m L·g-1·h-1条件下230℃甲苯完全转化。与贵金属Ag相比,Pt粒子粒径小且在载体表面具有良好的分散性,使得Pt/HAP催化剂表现出优异的催化性能。(2)采用溶胶凝胶法制备的HAP载体,用NH3·H2O调节反应过程的p H值,发现前驱液的p H=10.6时,得到的样品纯度较高。当载体的焙烧温度为800℃时,此时载体的孔容与孔径最大,分别为0.2 m L·g-1与183.3 nm,有利于反应物分子的吸附与产物的脱附,所制备的Pt/HA-01-800催化剂性能最佳,在243℃时甲苯完全转化。提高HAP载体的焙烧温度,有利于增大载体表面的孔容与孔径,能够提供更多的活性位点,促进甲苯的转化。(3)采用固相法制备了HAP载体,得到有较高比表面积、孔容、孔径的样品,负载Pt后的催化剂都具有较好的催化活性。此外,发现了引入过渡金属Co制备Pt-Co/HAP双金属催化剂,催化性能显著提升,当Co负载量为15%时,所制备的催化剂具有最好的活性,在209℃时甲苯完全转化。表征结果表明形成了Co3O4与HAP形成了较强的相互作用,增加了催化剂表面的活性位点,促进氧物种的释放,提高了催化剂的催化性能。
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