铂催化剂上HCHO、CO低温催化氧化研究

论文摘要

甲醛是室内装修时最严重的污染之一,对人体健康有极大危害,因此,越来越多的研究者开始关注室内甲醛的低温消除。在众多甲醛消除技术中,催化氧化技术可以在较低温度下将甲醛氧化成无毒的CO2和H2O。Pt系贵金属则具有高活性高稳定性等特点,甚至在室温下即可将低浓度的甲醛完全转化为CO2和H2O。而CeO2由于具有可变的价态,Ce4+/Ce3+之间的能快速氧化/还原过程以及优良的储存氧能力（OSC）等特点被广泛应用于催化领域。因此,本论文中我们制备了一系列Pt/CeO2催化剂,并对其HCHO和CO的催化氧化性能进行了研究。研究工作的主要内容和结论如下：1.以溶胶凝胶法制备的CeO2为载体,采用浸渍法制备了负载型Pt催化剂用于低温甲醛氧化反应,并考察了Pt前躯体及Pt负载量等因素对催化性能的影响。XRD、TEM和CO化学吸附表征结果表明Pt粒子在载体上高度分散。反应结果表明以Pt（NO3）2为前躯体比H2PtCl6为前躯体制备的催化剂表现出更好的反应性能,Cl-离子的存在降低了催化剂的氧化还原能力,从而抑制了催化活性。此外,催化剂的活性随着Pt负载量的增加而增强,其中Pt负载量为3%时催化剂在30℃时甲醛转化率仍在80%以上。并且通过原位红外漫反射光谱的研究提出了Pt/CeO2催化剂上甲醛催化氧化反应的可能机理：甲醛先在Pt/CeO2催化剂上进行吸附,然后与活泼的氧发生反应,生成碳酸盐形式的中间产物,随后解离为气态CO2和H2O。2.用不同载体负载Pt后发现其催化氧化甲醛和一氧化碳的催化性能不同,表明载体性质在两种反应中起到了关键作用。惰性载体不参与反应,无法促进氧的活化因而催化剂活性较低。采用溶胶凝胶法制备了不同比表面的Pt/CeO2催化剂,研究发现比表面积为34 m2 g-1的催化剂其催化氧化甲醛和一氧化碳的性能最佳,这可能和催化剂中含有相对高的氧缺位浓度以及金属-载体之间的相互作用有关。3.以CeO2及Ce1-xLaxO2-d等复合氧化物为载体,采用浸渍法制备了负载型Pt催化剂用于低温甲醛和一氧化碳氧化反应研究,发现掺杂一定量稀土元素（La、Nd、Sm）的催化剂其催化效果与纯CeO2相比并没有明显增强,表明载体在反应中起到的作用仍需做进一步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 空气中甲醛污染及其危害
• 1.1.1 甲醛的特性
• 1.1.2 甲醛的危害
• 1.1.3 甲醛污染来源
• 1.1.3.1 建筑材料和装饰物
• 1.1.3.2 地毯等合成织物
• 1.1.3.3 食品添加剂
• 1.1.3.4 化妆品
• 1.1.3.5 烟叶和燃料的不完全燃烧
• 1.1.3.6 自然界中空气的甲醛污染
• 1.2 室内空气中甲醛的处理技术
• 1.2.1 常用的甲醛消除技术
• 1.2.1.1 通风换气法
• 1.2.1.2 绿色植物吸收法
• 1.2.1.3 常温吸附技术
• 1.2.1.4 空气负离子技术
• 1.2.1.5 甲醛吸收剂
• 1.2.2 催化氧化法
• 1.2.2.1 光催化氧化法
• 1.2.2.2 热催化氧化法
• 1.3 热催化剂简述
• 1.3.1 非贵金属催化剂
• 1.3.2 贵金属催化剂
• 1.4 Pt催化剂
• 1.4.1 铂催化剂的主要应用领域
• 1.4.1.1 选择性氧化反应
• 1.4.1.2 选择性加氢反应
• 1.4.1.3 CO催化氧化
• 1.4.2 影响Pt催化剂催化性能的因素
• 1.4.2.1 载体类型对Pt催化剂的影响
• 1.4.2.2 铂金属前躯体的影响
• 1.4.2.3 制备方法对催化剂的影响
• 1.4.2.4 还原温度对催化剂的影响
• 1.4.2.5 负载量对催化剂的影响
• 1.4.2.6 实验条件对催化剂的影响
• 1.5 课题的提出及研究内容
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 催化剂的制备与表征
• 2.1 化学试剂
• 2.2 催化剂的制备
• 2.2.1 载体的制备
• 2载体制备'>2.2.1.1 CeO₂载体制备
• 2基复合氧化物载体制备'>2.2.1.2 CeO₂基复合氧化物载体制备
• 2.2.2 Pt催化剂的制备
• 2.3 Pt催化剂的表征
• 2.3.1 X-射线粉末衍射（XRD）
• 2.3.2 比表面积测定（BET）
• 2.3.3 CO化学吸附
• 2.3.4 透射电子显微镜（TEM）
• 2.3.5 HCHO吸附的原位傅里叶转换红外光谱（In stiu DRIFTS）
• 2.3.6 程序升温还原（TPR）
• 2.3.7 激光拉曼光谱（Raman）
• 2.4 Pt催化剂的活性评价
• 2催化剂上甲醛催化氧化'>第三章 Pt/CeO₂催化剂上甲醛催化氧化
• 3.1 引言
• 3.2 结果和讨论
• 3.2.1 XRD表征结果
• 2催化剂TEM表征'>3.2.2 2.0Pt/CeO₂催化剂TEM表征
• 2-TPR表征结果'>3.2.3 H₂-TPR表征结果
• 2催化剂上HCHO催化氧化活性评价'>3.2.4 2.0Pt/CeO₂催化剂上HCHO催化氧化活性评价
• 2催化剂的In situ DRIFTS表征'>3.2.5 2.0Pt/CeO₂催化剂的In situ DRIFTS表征
• 2催化剂上HCHO催化氧化活性评价'>3.2.6 Pt/CeO₂催化剂上HCHO催化氧化活性评价
• 3.2.7 催化剂的稳定性
• 3.3 结论
• 2催化剂上催化氧化HCHO和CO性能研究'>第四章 不同比表面积Pt/CeO₂催化剂上催化氧化HCHO和CO性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 催化剂的XRD表征
• 2-TPR表征'>4.2.2 催化剂的H₂-TPR表征
• 4.2.3 催化剂的Raman表征
• 4.2.4 催化剂的HCHO和CO催化氧化性能
• 4.3 结论
• 2载体上CO和HCHO催化氧化探索'>第五章 掺杂的CeO₂载体上CO和HCHO催化氧化探索
• 5.1 引言
• 5.2 掺杂型铈基载体负载Pt对HCHO氧化性能的初步探索
• 5.3 总结
• 参考文献
• 作者简介及发表文章
• 致谢