【摘 要】
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随着工农业快速发展,工业生产过程中产生的挥发性有机物日益增多,已经对生态环境安全和人类正常的生活带来了深远的影响,甚至是威胁。因此,寻求一种环保、高效的VOCs控制技术已迫在眉睫。本文以锰矿、铁矿作为前驱体,分别负载锰、钴类氧化物制备复合金属矿物催化剂,以氯苯为目标化合物进行催化降解实验。通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、电子显微镜(Field emission sca
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随着工农业快速发展,工业生产过程中产生的挥发性有机物日益增多,已经对生态环境安全和人类正常的生活带来了深远的影响,甚至是威胁。因此,寻求一种环保、高效的VOCs控制技术已迫在眉睫。本文以锰矿、铁矿作为前驱体,分别负载锰、钴类氧化物制备复合金属矿物催化剂,以氯苯为目标化合物进行催化降解实验。通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、电子显微镜(Field emission scanning electron microscopy,FE-SEM)、N2吸附-解吸(N2adsorption-desorption,BET法)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和H2程序升温还原(H2-temperature programmed reduction,H2-TPR)等表征技术对催化剂的成分、外观形貌以及表面氧化还原能力进行研究。并利用自制的固定床反应装置测试不同复合催化剂对于气态氯苯的催化氧化效率,探究了不同物质掺杂比例、煅烧温度等变量对催化剂催化氯苯活性的影响,优选出最适催化剂,得出了下列结论:1、以天然锰矿石和硝酸钴为原料,采用sol-gel法制备了锰矿/四氧化三钴复合材料,并将其应用于氯苯的催化降解。结果表明,在锰矿/Co3O4质量比为0.4、焙烧温度T=450℃时复合催化剂具有最佳的催化氯苯性能。对于初始浓度为1200 mg/m~3的气态氯苯,在300℃下可实现93%的氯苯转化率、83%的CO2选择性和36h以上的可持续性。复合催化剂具有丰富的表面氧物种、良好的抗氯中毒性能和较强的氧化还原性能,这是由于锰矿石与Co3O4的相互作用,对氯苯的降解起到了关键作用。2、采用草酸辅助溶胶-凝胶法(sol-gel)制备MnCoOx复合材料,探讨了不同Mn/Co摩尔比及煅烧催化剂的温度(T)对催化氧化氯苯性能的影响,并研究了催化剂的稳定性,利用FTIR分析了氯苯的降解产物。结果表明,Mn/Co摩尔比为0.4:0.6,空气氛围下450℃煅烧三小时的复合催化剂具有良好的催化氧化性能,氯苯初始浓度为1200 mg/m~3及空速为24000 h-1条件下,300℃时可实现95%的氯苯转化率。实验表明MnCoOx催化性能的改善主要与Mn与Co间的相互作用而产生的高浓度表面活性物质有关。3、以针铁矿为前驱体,采用草酸辅助sol-gel法制备(Mn-Co)/α-Fe2O3复合催化剂。结果表明,在500℃煅烧的Mn:Co:Fe=0.3:0.45:1(摩尔比)的复合催化剂具有最佳的催化氯苯性能。当反应温度T=350℃时,复合催化剂对氯苯的降解率可达93%以上,且具有良好的深度氧化性能和稳定性。通过XRD、FE-SEM、N2吸-脱附(BET法)、XPS、H2-TPR对催化剂进行了表征。用FTIR分析了氯苯降解产物和CO2选择性。证明了复合催化剂具有丰富的表面氧物种、较强的氧化还原性能和良好的抗氯中毒性能,对氯苯的降解起到了关键作用。4、以菱铁矿为前驱体,采用酸辅助溶胶-凝胶法(sol-gel)制备(Mn-Co)/菱铁矿复合催化剂。结果表明,在T=500℃煅烧且质量比为(Mn+Co)/Fe=0.6的复合催化剂催化氯苯性能最优。当反应温度T=350℃时,复合催化剂对氯苯的降解率可达90%以上,具有深度氧化性能和良好的稳定性。通过XRD、FE-SEM、N2吸-脱附(BET法)、XPS、H2-TPR对催化剂进行了表征。用FTIR分析了氯苯降解产物和CO2选择性。证明了复合催化剂具有丰富的表面氧物种、较强的氧化还原性能和良好的抗氯中毒性能,对氯苯的降解起到了关键作用。
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