Mn基催化剂上VOCs催化氧化性能研究

论文摘要

催化燃烧法是一种能耗低、效率高的有机废气（VOCs）治理方法,该方法由于设备简单,不易形成NOx二次污染及安全性能好等优点在当前VOCs处理技术中深受关注,而催化剂的性能是催化燃烧技术的核心。含氯有机废气是较难治理的一类废气,目前所采用的有Pd、Au等贵金属催化剂以及Cr基类催化剂。贵金属催化剂催化活性较好,但价格昂贵；Cr基类催化剂因其含有较强的毒性需避免使用。其他非贵金属催化剂因活性较差而难以达到应用要求。因此,开发经济、无毒、高催化性能的催化剂用于含氯有机废气处理以满足工业有机废气处理的需要,是本论文的研究目标。本论文的主要研究内容和结果如下：1、采用通过溶胶凝胶法制备了系列Ce1-xMnxO2催化剂,并考察了该系列催化剂对CH2Cl2氧化的催化性能。实验结果表明,此系列催化剂对CH2Cl2氧化的活性较好,在480℃就能将CH2Cl2完全氧化。XRD结果表明,有部分Mn离子进入了CeO2骨架中形成了固溶体；XPS结果表明,催化剂中Mn以+3和+4价存在；H2-TPR结果表明,催化剂中Ce的加入降低了MnOx中晶格氧的还原温度。反应的本征活性顺序为Ce0.8Mn0.2O2> Ce0.6Mn0.4O2> Ce0.5Mn0.5O2> Ce0.4Mn0.6O2> Ce0.2Mn0.8O2> CeO2> MnOx。这是由于Ce的添加提高了催化剂中MnOx晶格氧的活泼程度,进而影响反应性能。2、以KMnO4和MnSO4为前驱体在酸性介质中采用回流法合成了氧化锰八面体分子筛（OMS-2）,考察了OMS-2催化剂对CH2Cl2的催化氧化性能,并运用SEM、XRD等方法对对OMS-2进行表征。活性结果表明OMS-2对CH2Cl2的催化氧化活性较好。从SEM图片可以看出OMS-2分子筛为一唯纳米棒状结构,XRD结果表明所合成的样品为典型的OMS-2的cryptomelane结构。3、以OMS-2为前驱体,采用浸渍法制备了系列Ce/OMS-2催化剂,并考察了催化剂对CH2Cl2的催化氧化性能和热稳定性。实验结果表明1OCe/OMS-2催化剂的活性最好,H2-TPR结果表明1.0Ce/OMS-2催化剂的还原峰向低温方向偏移,说明该催化剂具有更好的氧化还原性能。我们认为这些是导致该催化剂活性较好的主要原因。此外Ce/OMS-2催化剂具有好的反应稳定性。4、以OMS-2为前驱体,采用浸渍法制备了系列Al/OMS-2催化剂,并考察了其对CH2Cl2的催化氧化性能和热稳定性,活性结果表明随着Al负载量的增加催化剂对CH2Cl2的氧化的活性先增加后降低。H2-TPR结果表明1.0Al/OMS-2催化剂的还原峰向低温方向偏移,表明了该催化剂具有更好的氧化还原性能。当Al的负载量超过1%后活性进一步降低,其原因还待进一步探究。此外Al/OMS-2催化剂具有较好的反应稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 挥发性有机化合物（VOCs）的来源和危害
• 1.2.1 挥发性有机化合物的概念
• 1.2.2 挥发性有机化合物（VOCs）的来源
• 1.2.3 挥发性有机化合物（VOCs）的危害
• 1.3 挥发性有机化合物（VOCs）的治理方法
• 1.4 催化燃烧技术
• 1.5 催化燃烧催化剂
• 1.5.1 催化剂载体
• 1.5.1.1 金属氧化物载体
• 1.5.1.2 分子筛载体
• 1.5.1.3 整体蜂窝陶瓷载体
• 1.5.2 催化剂活性组分
• 1.5.2.1 贵金属催化剂
• 1.5.2.2 非贵金属催化剂
• 1.6 含氯有机物催化氧化研究概况
• 1.6.1 贵金属催化剂
• 1.6.2 非贵金属类催化剂
• 1.7 课题的研究意义和研究内容
• 1.7.1 课题研究的目的和意义
• 1.7.2 课题研究的内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 催化剂的制备
• 2.1.1 化学试剂
• 2.1.2 催化剂的制备
• 1-xMn_xO₂催化剂的制备'>2.1.2.1 Ce_1-xMn_xO₂催化剂的制备
• 2.1.2.2 OMS-2的制备
• 2.1.2.3 负载型OMS-2催化剂的制备
• 2.2 催化剂的表征
• 2.2.1 比表面（BET）测定
• 2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.3 粉末X射线衍射（XRD）
• 2.2.4 可见拉曼（Raman）光谱分析
• 2.2.5 X光电子能谱（XPS）
• 2-TPR）'>2.2.6 氢气程序升温还原（H₂-TPR）
• 3-TPD）'>2.2.7 氨-程序升温脱附（NH₃-TPD）
• 2.2.8 同步热分析（TG-DTA）
• 2.3 催化剂的活性评价
• 2Cl₂氧化活性评价'>2.3.1 CH₂Cl₂氧化活性评价
• 1-xMn_xO₂催化剂对CH₂Cl₂的催化氧化性能'>第三章 Ce_1-xMn_xO₂催化剂对CH₂Cl₂的催化氧化性能
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 1-xMn_xO₂催化剂的BET及XRD表征'>3.2.1 Ce_1-xMn_xO₂催化剂的BET及XRD表征
• 1-xMn_xO₂催化剂的Raman表征'>3.2.2 Ce_1-xMn_xO₂催化剂的Raman表征
• 1-xMn_xO₂催化剂的H₂-TPR表征'>3.2.3 Ce_1-xMn_xO₂催化剂的H₂-TPR表征
• 1-xMn_xO₂催化剂的XPS表征'>3.2.4 Ce_1-xMn_xO₂催化剂的XPS表征
• 1-xMn_xO₂催化剂的CH₂Cl₂氧化性能'>3.2.5 Ce_1-xMn_xO₂催化剂的CH₂Cl₂氧化性能
• 3.3 本章小结
• 第四章 负载型OMS-2催化剂对VOCs催化氧化研究
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论部分
• 4.2.1 催化剂的SEM表征
• 4.2.2 催化剂的同步热分析（TG-DTA）
• 4.2.3 催化剂的XRD及BET表征
• 4.2.4 催化剂的Raman表征
• 2-TPR表征'>4.2.5 催化剂的H₂-TPR表征
• 3-TPR表征'>4.2.6 催化剂的NH₃-TPR表征
• 2Cl₂催化氧化性能'>4.2.7 催化剂的CH₂Cl₂催化氧化性能
• 4.2.8 催化剂的稳定性
• 4.3 小结
• 第五章 其他催化剂体系初步探索及展望
• 5.1 引言
• 5.2 催化剂的制备
• 5.3 初步研究
• 5.3.1 催化剂的BET及XRD表征
• 2-TPR表征'>5.3.2 催化剂的H₂-TPR表征
• 5.3.3 催化剂的活性
• 5.4 探讨
• 参考文献
• 作者简介及攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢