负载型OMS-2和海泡石催化剂的制备及催化性能研究

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目前,大气污染是我国最突出的环境问题之一,其中CO和VOCs(挥发性有机化合物)是大气污染主要的污染物。CO和VOCs不仅来源广泛,而且对生态环境和人体健康造成严重的危害,因此迫切需要高效地去除CO和VOCs。催化氧化是除去CO和VOCs最有效方法之一,而催化氧化的核心在于催化剂的选择。氧化锰八面分子筛(OMS-2)和海泡石是在催化、吸附、环保等领域具有较大应用潜力的材料。OMS-2是一类锰钾型氧化物,具有特殊的层和孔结构、混合价态锰离子、表面温和的酸碱性和优良的离子交换性能等优点。海泡石属于粘土类矿物材料,具有分布广泛、耐高温、比表面积较大、吸附性能好等优点。  本论文以OMS-2和海泡石为载体,负载少量的贵金属和过渡金属氧化物,研究其对CO和VOCs的催化氧化性能。  第一部分:通过回流法制备了氧化锰八面分子筛(OMS-2)载体,采用不同的制备方法负载Pd元素(前掺法、沉淀法、浸渍法),所得催化剂用XRD,XRF,TEM,Raman,BET,H2-TPR,O2-TPD,XPS,NH3-TPD,FT-IR等分析方法进行表征,并对所制催化剂催化氧化CO、甲苯、乙酸乙酯的活性进行比较分析。结果表明:制备方法对样品的物理化学性质产生重要影响。其中,在OMS-2负载Pd的Pd/OMS-2催化剂中,0.5wt%Pd/OMS-2-DP催化剂表面(Mn2++Mn3+)/Mn4+原子比、表面Pd负载量和酸性位点都是最高。催化活性结果显示,0.5wt%Pd/OMS-2催化剂的催化活性高于OMS-2载体,其中0.5wt%Pd/OMS-2-DP样品的催化活性最好。其CO氧化的T50%和T90%分别为25和55℃、甲苯氧化的T50%和T90%分别为240和285℃,乙酸乙酯氧化的T50%和T90%分别为160和200℃。0.5wt%Pd/OMS-2-DP催化剂优异的催化性能与其较高的表面Pd含量和(Mn2++Mn3+)/Mn4+表面原子比,及较好的低温还原性、氧移动性和酸度有关。  第二部分:采用共沉淀法制备了Fe改性海泡石负载不同Cu/Mn混合氧化物催化剂(CuxMny/Fe-Sep),将制备的催化剂通过XRD,SEM,BET,H2-TPR,O2-TPD,XPS等分析方法进行表征,并评价了所制催化剂对CO和乙酸乙酯的催化氧化活性。结果表明,CuxMny/Fe-Sep催化剂催化活性明显优于单金属负载型Cu1/Fe-Sep和Mn2/Fe-S ep催化剂,表明Cu/Mn摩尔比对催化活性有明显的影响。在CuxMny/Fe-Sep样品中,Cu1Mn2/Fe-Sep催化剂催化氧化CO和乙酸乙酯的活性最好,其中CO氧化的T50%和T90%分别为110和140℃、反应速率为4.4×10-6mol·gcat-1·s-1,乙酸乙酯氧化的T50%和T90%分别为170和210℃、反应速率为1.9×10-6mol·gcat-1·s-1。此外,Cu1Mn2/Fe-Sep催化剂的H2-TPR还原温度和氧O2-TPD脱附温度最低及表面Mn4+/Mn3+和Cu2+/CuO原子比最高。因此,Cu1Mn2/Fe-Sep催化剂优异的催化活性与其最好的低温还原性,最高的氧移动性以及CuMn和Fe-Sep之间的强相互作用力有关。
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