单元式CuMn2CenOx/Cord催化剂的研制及其对甲苯催化燃烧性能

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanleilei
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挥发性有机化合物VOCs (Volatile Organic Compounds)的排放是环境污染的主要因素之一。在众多治理技术中,催化燃烧法由于其高效、经济、能耗低、无二次污染等特点,成为目前控制工业有机废气污染最有效的技术之一。催化剂是催化燃烧效率的关键,本文主要研究Cu-Mn基系列催化剂以及整体式Cu-Mn基催化剂,考察其对苯系物的催化燃烧性能,以及相对湿度对催化剂活性的影响,并对甲苯催化氧化反应的反应动力学和机理做了探究。本文研究了负载型Cu基颗粒催化剂表面化学性质和孔结构对其催化氧化甲苯活性的影响。利用XRD、H2-TPR、CO-化学吸附、XPS和BET表征手段对应用H2还原预处理的催化剂进行表征分析,结果表明:用H2还原预处理催化剂,提高了催化剂表面活性组分CuO的分散度和还原能力,降低了CuO的晶体尺寸,从而提高了催化剂催化氧化甲苯的活性。催化氧化甲苯的动力学实验的结果表明:甲苯在催化剂上的反应是基于氧化还原机理进行的,与传统方法制备的催化剂相比,使用H2还原预处理的催化剂使得甲苯在其表面上反应所需的活化能较低,因此具有更高的活性。本文研制了CuMn2CenOx/Cord (n=01)整体式系列催化剂,讨论了Ce元素添加量以及水蒸气浓度对催化剂活性的影响。结果发现,Ce元素的添加提高了催化剂催化氧化甲苯的活性,使甲苯氧化的T90下降了10℃以上;催化剂活性受水蒸气浓度的影响亦随着Ce添加量的增加而减弱,当湿度从0%上升到80%时,甲苯在含有Ce元素的催化剂上,反应转化率下降百分比在5%以内。研究结果表明,随着Ce的掺杂量增加,催化剂比表面积有所增加,催化剂表面Cu+、Mn4+和Mn原子的含量有所增加,催化剂表面活性组分还原能力增强,反应活性位增加,而H2O分子与四种CuMn2CenOx/Cord (n=01)整体式催化剂之间作用力随着Ce掺杂量的增加而减弱。本文以CuMn2CeOx/Cord催化剂为研究对象,进一步考察了载体的预处理条件、活性组分负载量以及操作参数对催化活性的影响。结果发现,用HNO3做预处理液,对载体进行加热煮沸,可提高单元式载体的比表面积,达到浸渍法处理样品的17倍以上,粗糙度提高约50%;但会使单元式载体的表面酸性增加,抗湿性能变弱,导致催化剂活性受水蒸气的负面影响变大;单元式催化剂的活性组分负载量对催化剂抗湿性能有影响。随着活性组分负载量增大,催化活性受湿度变化的影响逐渐变小,当催化剂的负载量从6.5%增大到35.9%时,甲苯在湿度0%—80%的区间内,反应转化率下降百分比从13.9%减为9.1%。所研制的催化剂CuMn2CeOx/Cord催化剂对苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和乙酸乙酯5种VOCs都具有很高的催化活性,其中,对乙酸乙酯的催化效率比苯系物要好。
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