层状氧化锰制备及其对甲苯低温催化氧化的研究

发布时间：2020-03-22 15:34

【摘要】：挥发性有机化合物(VOC_S)是光化学烟雾、灰霾等大气污染的主要前驱体之一。低温催化氧化技术是能在较温和的条件下将挥发性有机物快速、选择性的彻底转化为无害的最终产物-二氧化碳和水,且不产生二次污染的最有效、经济可行的方法。现阶段,随着产业结构的升级,工厂尾气中含有的VOCs浓度也越来越低,因此,在如汽车、家具制造等实际应用中,低温催化氧化去除低浓度、大风量的VOCs仍然是一个巨大的挑战。锰氧化物在去除挥发性有机化合物方面,不仅具有与贵金属催化剂相当的活性,而且价格低廉、来源丰富。本文中通过氧化还原沉淀法制备得到三种层状δ-MnO_2型催化剂K-Ox,K-MES和K-Et,并得出以下主要结论:(1)催化剂K-Et,表面氧空位浓度最高,氧物种活动性最强,可还原性能最佳,甲苯催化所需的表观活化能(E_a)最低、反应速率最快。催化剂K-Et的甲苯低温催化氧化温度T_(50)和T_(90)分别为172和195℃。在200℃下42 h内催化剂上甲苯的转化率始终维持在95%左右。反应气中水汽引入有助于甲苯催化活性的提高和催化过程中E_a的降低,而一定浓度SO_2的引入则使得甲苯催化活性降低。(2)通过原位红外技术,推断出甲苯在K-Et上的催化路径。证实了水汽的引入加速中间产物的生成和转化为最终产物(CO_2和H_2O),而当反应气中引入一定浓度SO_2时,SO_2化学吸附在催化剂上,使得催化剂发生不可逆失活。(3)K-Et在室温的条件下合成、制备简单、成本低,具有催化活性高、催化稳定性好和独特的亲水性等优点,可以认为这种二维(2D)层状氧化锰K-Et是低温快速催化降解低浓度VOCs领域中一种有应用前景的环境催化材料。
【图文】：

转化成二氧化碳或一氧化碳，由 COx分析仪（S710，，Sick-Maihak，德国）在再通过碳平衡法（甲苯与二氧化碳中碳元素的摩尔比为 7:1）得到此时的甲苯（3）再将确定好地同等流量的反应气切换到催化剂样品测试炉里，从 260oC催化温度，并由 COx分析仪在线检测每一个温度点下对应的二氧化碳或一氧，再通过碳平衡法（甲苯与二氧化碳中碳元素的摩尔比为 7:1）得到此时经过化的甲苯浓度 CT。（4）反应气中甲苯在不同温度下经由催化剂完全转化成二氧化碳或一氧化转化率计算式为：(%)1000 CCConversionTCOx经过以上步骤，可以测试不同催化剂的 VOCs 低温催化活性，从而可以做到对催化剂进行统一、标准的 VOCs 低温催化活性评价分析。

图 3.1 层状δ-MnO2的结构示意图。Fig. 3.1 Schematic structure of layered δ-MnO2.3.2 催化剂的制备三种δ-MnO2型催化剂是通过高锰酸钾分别与三种不同物质之间进行的氧化还原应制备得到的，具体合成步骤如下所示：（1）在 100 mL 去离子水中加入 0.15 mol 的二水合草酸，在 150 mL 去离子水加入 0.1 mol 的高锰酸钾，待以上溶质分别充分溶解，得到澄清溶液后，在不停搅拌情况下，向澄清草酸溶液中逐滴滴加高锰酸钾溶液。在室温下，将上述混合物溶液续搅拌 24 小时，然后对上述反应产物进行真空抽滤，并用去离子水清洗洗涤沉淀至三次，最后在 120oC 烘箱中干燥 12 小时后即得到催化剂，并将其命名为 K-Ox（即锰酸钾与草酸反应得到的）。（2）在 120 mL 去离子水中加入 4.26 g 2-(N-吗啉基)乙烷磺酸（MES），在 120 m
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X701;O643.36

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本文编号：2595245