低温高活性Ag/NiOx-MnO2催化剂的制备及催化性能的研究

来源 :河北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yyl273518021
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当今社会,随着工业化的加重及汽车尾气排放的增多,环境中苯系污染物的含量越来越大。它们对人体和环境造成了很大的危害。催化燃烧法能够有效的处理苯系污染物,其关键是要制备出高效的催化剂。本论文以邻二甲苯为目标污染物,在Ⅱ型氧化锰八面体分子筛(简称OMS-2,属于Mn O2)催化剂的基础上掺入镍氧化物和银物种进行改进。具体研究内容如下:(1)以高锰酸钾、乙酸锰和乙酸镍为原料,采用同步氧化还原制备了NiOx-MnO2系列催化剂。考察了镍锰比及陈化时间对催化剂活性和结构的影响。实验结果表明,镍锰比为0.4,陈化时间为12h的催化剂(NiOx-MnO2-0.4-12)活性最好。200℃时邻二甲苯被完全氧化为二氧化碳和水。比OMS-2催化剂完全催化氧化邻二甲苯的温度低了10℃。更明显的是,当二氧化碳的产率为20%时,NiOx-MnO2-0.4-12的温度比OMS-2催化剂的催化温度低了21℃。XRD测试证明,Ni物种高度分散在OMS-2催化剂中。BET结果表明,催化剂的比表面积增大,由28.12 m2/g增加到118.03m2/g。XPS测试可知,催化剂中的镍氧化物由Ni2+和Ni3+组成,Mn3+和表面氧的含量增多。H2-TPR、TPR-TPO和O2-TPD测试说明,Ni氧物种的掺入有利于提高催化剂晶格氧的流动性和再氧化能力。催化剂中的氧物种更容易脱附出来。CO2-TPD测试表明,CO2不容易在催化剂上吸附。原位红外漫反射红外光谱分析(In Situ DRIFTS)发现,在晶格氧的作用下,镍氧物种的掺入,提高了晶格氧的氧化性能。可使苯环在180℃被氧化为马来酸盐。(2)在NiOx-MnO2-0.4-12催化剂上,用沉积沉淀法掺入Ag物种,制备出Ag/NiOx-MnO2-0.4-12系列催化剂。改变Ag物种的掺入量,实验结果表明,银物种的掺入质量比为0.05时,所得催化剂(5%Ag/NiOx-MnO2-0.4-12)的活性最好。当CO2的产率为20%时,催化燃烧温度为72℃,比OMS-2催化温度低73℃。该催化剂完全氧化邻二甲苯的温度是190℃,比OMS-2催化温度低20℃。XRD和XPS测试表明,Ag物种以Ag+和Ag0的状态高度分散在NiOx-MnO2-0.4-12中。H2-TPR、TPR-TPO和O2-TPD的测试表明,Ag物种的掺入进一步提高了催化剂的晶格氧流动性、再氧化能力和氧的脱附能力。In Situ DRIFTS结果表明,在晶格氧的作用下,Ag物种的掺入提高了晶格氧的氧化能力,80℃时,苯环发生活化,150℃时生成马来酸盐和小分子的羧酸盐。通入分子氧之后,马来酸盐和小分子的羧酸盐很快分解为二氧化碳和水。活化能计算结果表明,NiOx-MnO2-0.4-12和5%Ag/NiOx-MnO2-0.4-12催化剂具有较低的活化能。稳定性测试表明,NiOx-MnO2-0.4-12和5%Ag/NiOx-MnO2-0.4-12催化剂在完全催化氧化邻二甲苯的温度下,持续反应60h,活性基本不变。抗水蒸气测试中,190℃,两种催化剂分别通过2.6%的水蒸气,结果显示,NiOx-MnO2-0.4-12催化活性降低了20%,5%Ag/NiOx-MnO2-0.4-12催化活性降低了10%。停止通水后,两种催化剂都恢复到原来的活性。综上所述,在OMS-2催化剂中,掺入Ni和Ag物种都有利于提高催化剂的催化活性。从而实现低温治理苯系污染物的目的。
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