锰氧化物催化剂上低温催化完全氧化乙醇的研究

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挥发性有机物(VOCs)是重要的一类大气污染物,并对生态环境和人体健康造成危害。机动车尾气排放是VOCs产生的主要来源之一。乙醇作为一种常见的挥发性有机物,存在于以乙醇为混合燃料的机动车尾气中,乙醇混合汽油为动力的机动车尾气中释放的乙醇气体及其中间氧化产物乙醛,对人体健康具有直接危害。因此研究乙醇催化完全氧化技术,已成为改善人们生活环境质量的迫切任务。现有Pt/Rh三效催化剂对机动车尾气中醇类去除效率较低,而锰氧化物是一种极具前景的催化氧化乙醇完全分解为无害的H2O和CO2的高效催化剂。  本论文制备了八面体分子筛型锰氧化物(OMS-2)催化剂用于乙醇催化完全氧化反应,对催化剂进行了系统的表征,探讨了影响OMS-2催化剂活性的因素。取得的创新性结果如下:  采用水热合成法制备了一系列催化剂,考察了以不同Mn2+离子源(MnCl2,MnNO3,MnSO4,Mn(CH3COO)2)为前驱体制备的OMS-2对乙醇气体完全氧化的能力。制备的所有OMS-2均为纳米棒结构,前驱体不会影响催化剂的形貌特征。以MnSO4为前驱体制备而得的催化剂活性最优;以Mn(CH3COO)2为前驱体制备的催化剂活性最差;以MnSO4为前驱体的催化剂在140℃可实现乙醇完全氧化为CO2。在OMS-SO4催化剂上检测到SO42-残留,SO42-的残留削弱了OMS-2催化剂Mn-O键的强度并提高了晶格氧的浓度和活泼性,从而引起催化剂活性的改变;  采用离子交换法制备了不同K+含量的OMS-2锰氧化物八面体分子筛催化剂,考察了其对催化剂催化乙醇完全氧化反应活性和选择性的影响。结果表明,随着K+浓度的升高,副产物乙醛的选择性逐渐降低,而催化乙醇完全氧化的活性逐渐提高。通过系列表征研究发现,增加K+的含量会提高OMS-2催化剂的晶格氧浓度,同时K+含量的提高会减少催化剂表面的强酸位点,从而降低了对副产物乙醛的选择性,这是其提高OMS-2催化剂催化完全氧化乙醇活性的重要原因;  采用水热合成法制了α-MnO2,β-MnO2,γ-MnO2和δ-MnO2催化剂。催化剂对乙醇氧化活性顺序为α-MnO2>δ-MnO2>γ-MnO2>β-MnO2。不同晶型的MnO2催化剂比表面积差异显著,但是经过单位面积乙醇转化率归一化计算,发现比表面积并不是影响乙醇氧化活性的重要原因。α-MnO2催化剂具有较高的晶格氧浓度,这是催化剂具有良好活性的重要原因。
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