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甲醛(HCHO)是常见的挥发性有机物,是威胁人们身体健康的主要室内气体污染物之一。催化氧化技术目前被认为是可以最有效的消除甲醛污染的方法之一,其利用催化剂的作用,在室温下直接用空气中的氧气将甲醛完全氧化为二氧化碳和水。其中,负载贵金属催化剂由于其高的室温催化活性,可在室温下催化甲醛完全氧化,被认为是最具潜力的氧化消除甲醛的催化剂。多年以来,碱金属促进剂对催化剂性能的促进作用一直被广泛研究。对于负载贵金属催化剂,负载金属颗粒尺寸越小,暴露的活性位点便越多,其催化性能一般越高。研究发现碱金属的存在往往可以提高负载金属的分散性,减小负载金属颗粒的尺寸。到目前为止,大多数这方面的研究一般是从外界引入碱金属元素,以提高催化剂的催化活性。而关于本征含有碱金属离子的载体对催化剂性能影响的研究少见报道。钛酸钠、钛酸钾是典型的碱金属钛酸盐,其晶体结构中存在固有的层间Na+离子和K+离子,以其为载体制备负载贵金属催化剂,有助于深入研究碱金属离子的活性促进机制,开发新型高效催化剂。本论文分别以钛酸钠纳米带(NTO-NB)、K+部分取代NTO-NB中的Na+得到的混合钛酸钾与钛酸钠纳米带(KNTO-NB)、钦酸钾纳米线(KTO-NW)和钛酸纳米带(HTO-NB)为载体,制备负载Pd基催化剂,并用于室温下催化甲醛氧化的性能研究。具体研究内容如下:(1)钛酸钠和混合钛酸钾与钛酸钠纳米带负载Pd催化剂的合成及性能研究:首先采用水热法合成NTO-NB,然后将NTO-NB分散于盐酸溶液中酸化处理得到钛酸纳米带(HTO-NB),将NTO-NB置于KOH溶液中水热处理得到KNTO-NB。然后采用沉积-沉淀法在上述三种纳米带表面沉积金属Pd,400℃下氢气还原处理后得到负载 Pd 催化剂 Pd/S(S=KNTO-NB、NTO-NB、Ti02-NB)。透射电镜(TEM)观察发现,在合成的Pd/S催化剂中,极小尺寸的Pd金属团簇均匀的分散在纳米带表面。与以TiO2-NB为载体相比,含有层间K+、Na+的碱金属钛酸盐纳米带上的Pd团簇尺寸更小。其中,Pd/KNTO-NB中的Pd团簇尺寸最小。这说明层间碱金属Na+和K+离子的存在可以促进Pd物种在NTO-NB和KNTO-NB载体上的分散。XPS分析表明,Pd/S(S=KNTO-NB、NTO-NB、TiO2-NB)中的Pd均由金属态和氧化态两种Pd物种组成。其中,Pd/KNTO-NB、Pd/NTO-NB中Pd0的结合能低于Pd/TiO2-NB催化剂中Pd0的结合能,说明K+、Na+的存在可以提高负载Pd金属团簇的电子密度。(2)针对室温下甲醛的氧化反应,研究了 Pd/S(S=KNTO-NB、NTO-NB、TiO2-NB)催化剂的催化性能。结果表明,碱金属钛酸盐负载 Pd 催化剂 Pd/KNTO-NB和Pd/NTO-NB均表现了远优于Ti02负载Pd催化剂Pd/TiO2-NB的催化性能。其中Pd/KNTO-NB具有最高的催化活性和稳定性。室温下(25℃)Pd1/KNTO-NB催化进气中140 ppm甲醛氧化的转化率高达97%以上,且持续反应30 h保持不变。研究还发现,Pd0是催化甲醛氧化反应的活性Pd物种。(3)钛酸钾纳米线负载Pd催化剂的合成及性能研究:采用水热法合成钛酸钾纳米线(KTO-NW),利用沉积-沉淀法在其表面沉积金属Pd,400℃下氢气还原处理后得到Pd/KTO-NW纳米结构,并用于室温下催化甲醛氧化反应。HAADF-STEM观察发现,Pd/KTO-NW中Pd物种高度分散于KTO-NW表面,极小尺寸(平均粒径<1 nm)的Pd纳米团簇与单原子态Pd共同存在,且Pd负载量越低,呈单原子态分散的Pd物种密度越大。研究发现,Pd/KTO-NW催化剂可有效催化甲醛室温催化氧化。Pd1/KTO-NW催化剂室温下可以催化甲醛几乎完全氧化为H20和CO2,且反应持续30 h转化率不变。此外,随Pd负载量的降低,Pd/KTO-NW的催化甲醛氧化转换的TOF值显著增加,说明KTO-NW表面上的单原子态Pd为活性催化活剂。研究还表明,对于负载于KTO-NW表面上的Pd团簇,金属Pd0物种是催化活性组分。