Au/La-Mn-O催化剂的制备及其对CO催化氧化性能的研究

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本文采用溶胶-凝胶法(Sol-gel法)和柠檬酸络合-水热联用法(CH法)制备了La-Mn-O系列载体,并用沉积-沉淀法(DP法)制备了负载型金催化剂,考察了制备过程中溶液的pH值、催化剂的焙烧温度、金的负载量以及载体的种类对催化剂催化氧化CO活性的影响,并用XRD、BET、H2-TPR、XPS、TEM和FT-IR等手段对催化剂进行表征。为考察载体结构对金催化剂活性及稳定性的影响,制备了以简单氧化物Mn2O3、简单氧化物的混合物La2O3+Mn2O3、钙钛矿结构的La1-XSrXMnO3以及尖晶石结构的LiMn2O4为载体的金催化剂,并考察了这些催化剂的活性及稳定性。活性测试结果显示,载体的结构影响催化剂的性能。以钙钛矿为载体的金催化剂比以氧化物和尖晶石为载体的金催化剂表现出更好的催化活性。催化剂制备过程中溶液的pH值、金的负载量以及催化剂的焙烧温度均影响催化剂的活性。当溶液的pH=9,Au的负载量为2%时未经焙烧的金催化剂表现出较好的活性。Au/La0.85Sr0.15MnO3催化剂显示了较好的低温催化活性,T100=60℃。催化剂稳定性测试结果显示,250℃焙烧后的催化剂稳定性要好于未经焙烧的催化剂。以溶胶-凝胶法(Sol-gel法)制备的LaMnO3为载体负载金后的金催化剂Au/LaMnO3-S,T100=90℃,在空气中放置150天后催化剂活性稍有下降,T100由90℃增至100℃;而经过250℃焙烧后的催化剂Au/LaMnO3-S(C)在放置150天后,T100没有发生变化。催化剂连续反应稳定性测试结果显示,Au/LaMnO3-S(C)连续反应30h,CO的转化率保持为100%,经过100h后,催化剂活性下降为84%。以柠檬酸络合-水热联用法(CH法)制备的LaMnO3为载体负载金后的金催化剂Au/LaMnO3-CH,T100=100℃,在空气中放置150天后催化剂活性稍有下降,T100由100℃增至110℃,250℃焙烧后的催化剂Au/LaMnO3-CH(C)在放置150天后,T100没有发生变化。催化剂连续反应稳定性测试结果显示,Au/LaMnO3-CH(C)连续反应70h,CO的转化率保持100%,经过100h后,催化剂活性下降为98%。通过XPS、FT-IR及TEM对金催化剂部分失活原因分析得出,Au/LaMnO3催化剂中氧化态金Auδ+(0<δ<3)为金催化剂的活性组分。金颗粒的长大、氧化态金Auδ+(0<δ<3)的减少,载体LaMnO3的分解,反应后碳酸盐及碳单质物质在催化剂表面的沉积都可能造成金催化剂的部分失活。
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