OL和负载型OMS-2催化剂的制备及催化氧化性能研究

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CO低温下的催化氧化在很多领域里有重要的应用价值,VOCs的有效且经济的脱除方式是催化燃烧法。目前,工业上使用的贵金属催化剂因其催化活性较高、稳定性强而广泛研究。但从节约贵金属与降低成本的角度出发,其研究的价值在于开发出低温条件下催化氧化CO和VOCs的非贵金属催化剂。层状和孔道结构的锰氧化物因其晶格中存在着Mn4+、Mn3+和Mn2+离子具有良好的氧化还原性,被认为是具有较大发展潜力的催化剂。  本论文研究的主要内容分为以下3个部分:  第一部分 采用不同的制备方法合成四种层状锰氧化物(OL-x),利用XRD,XRF,SEM,TG-DSC,Raman,BET,H2-TPR,XPS,InsituFT-IR方法进行表征,并对制备的四种催化剂催化氧化CO和典型VOCs的活性进行比较分析。结果表明:所有的催化剂样品都具有八面体层状结构,层间距为0.72nm。样品OL-3和OL-4的比表面积和孔体积比样品OL-1和OL-2的高。在这些催化剂样品的表面,共存着Mn4+、Mn3+和Mn2+,其中Mn物种的平均氧化态为3.2-3.5,低于H2-TPR得到的结论(3.5-3.9)。样品OL-1和OL-4的氧空位和晶格氧的移动性高于样品OL-2和OL-3。催化剂样品催化氧化CO和VOCs的顺序为:OL-1>OL-4>>OL-3>OL-2。所以,样品OL-1表现出最好的催化活性,且层状锰氧化物的催化活性与Mn的氧化态,表面晶格氧的移动性和还原性有关。  第二部分 采用回流法制备氧化锰八面体分子筛(OMS-2)。再以OMS-2为载体采用前掺杂法和浸渍法制备不同Ag含量的负载型OMS-2催化剂,通过XRD和BET技术对所制备的催化剂进行结构和织构表征。并研究不同制备方法和不同Ag负载量对Ag/OMS-2催化氧化CO性能的影响。研究结果表明:OMS-2为典型的cryptomelane一维隧道结构,适量掺杂Ag使OMS-2分子筛的有序性得到改善。负载型Ag/OMS-2的催化活性均明显优于OMS-2载体,且前掺杂法制备的催化剂的活性优于浸渍法制备的。这与Ag/OMS-2-PI催化剂中Ag颗粒的大小及OMS-2载体与Ag之间存在强相互作用有关。3Ag/OMS-2-PI催化剂(Ag=3wt%)的催化活性最高,这是由于适当Ag负载量,Ag颗粒较小,与载体OMS-2的相互作用较强,能较好地活化OMS-2的晶格氧,同时Ag的引入使OMS-2对CO的吸附性能及晶格氧的扩散能力得到显著增强,提高了催化剂对CO的催化氧化能力。  第三部分 采用缓冲溶液法制备载体OMS-2和前掺杂法制备不同Co含量的负载型OMS-2催化剂,应用XRD,H2-TPR,FT-IR,TG和SEM表征技术,对制备的催化剂进行表面及体相结构的研究,并考察不同负载量的Co对Co/OMS-2催化氧化CO和甲苯活性的影响。研究结果表明:OMS-2为典型的cryptomelane一维孔道结构,负载Co后改善了OMS-2分子筛的有序结构。掺杂少量的Co能提高OMS-2的催化活性。催化氧化CO和甲苯活性最高的催化剂为xCo/OMS-2(x=10wt%),这与H2-TPR得到该催化剂具有较低的还原温度和较高的耗氢量以及TG得到10Co/OMS-2催化剂的表面氧和晶格氧含量较多有直接关系。
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