稀土金属改性铈基金属氧化物的制备及催化氧化甲苯研究

发布时间：2020-04-09 04:30

【摘要】：工业挥发性有机污染物(Volatile organic compounds,VOCs)主要来源于运输业、工业(石油化工、涂料装饰及印刷业)及家具制造业等方面,是形成大气悬浮颗粒和O_3的重要前驱体,同时也给人体健康及环境造成了严重危害,其中甲苯作为典型的VOCs,被广泛应用于工业生产中,排放到空气后很难被去除。催化燃烧法是目前公认的去除甲苯最有效的途径之一,而合成一种具有较好活性和稳定性的催化剂是去除甲苯等挥发性有机污染物(VOCs)的首要工作。因此,本研究旨在制备出高活性催化剂,用于去除空气中的甲苯,同时探讨催化材料去除甲苯的过程与机理,以下为研究取得的成果:首先采用活性剂诱导软模板法制备出Pt/Eu_2O_3-CeO_2催化剂,通过调整Eu/Ce摩尔比成功合成了不同Eu含量的Pt/EC-x催化剂,并在此基础上研究了其催化氧化性能。发现Pt/EC-x催化剂具有良好的稳定性和催化活性,催化剂活性随着反应温度地增加呈现出增强的趋势,其中Pt/EC-2.5催化剂表现出最好的催化活性,Pt/EC-2.5(T_(90))温度为180℃。通过SEM、TEM、XRD、XPS、BET及in suit DRIFTS表征揭示了Pt/EC-x的结构及催化剂内金属与载体的相互作用。BET研究表明,由于Eu地掺杂使部分孔道堵塞,催化剂的孔径随着Eu掺杂量地增加而增加。同时XPS结果表明,Pt/EC-x中的Ce~(3+)远多于Pt/Ce_2,因此模板法制备的材料较溶胶-凝胶法制备的材料能产生更多的氧空位。H_2-TPR结果表明,Pt/EC-2.5的耗氢量也远高于其他催化剂,表明Pt/EC-2.5上具有更多的吸附氧物种。其次,采用溶胶凝胶法制备出了比表面积为70-95 m~2/g的新型多孔材料CuO-MO_x-CeO(M=Y、Eu、Ho、Sm)。与CuCeO_x相比,CuO-MO_x-CeO_x具有更好的活性与稳定性,其中CuHoCeO_x催化剂在220℃,空速为50000h~(-1)时的甲苯转换率接近100%。研究结果表明稀土金属掺杂可以大大提高多孔金属氧化物的比表面积、还原性和表面吸附氧的迁移速率,同时Ho与CuCeO_x的协同作用更有利于催化剂氧空位地形成(Ho元素能与两个氧原子进行配位,占据Ce原子的位置,进而改变多孔金属氧化物中Ce的Pi健),提升催化氧化甲苯的活性。通过in-situ DRIFTS分析我们提出了CuHoCeO_x上甲苯以醛或酮为主要反应副产物的反应途径和氧化机理。
【图文】：

净化方法

西北大学硕士学位论文表 1-1 VOCs 类别汇总类别 VOCs芳香烃联苯、甲苯、乙苯、正丙苯、异丙苯等脂肪烃乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁二烯等卤代烃二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯乙烯等醇类甲醇、乙醇、异戊二醇等醛类甲醛、乙醛等酮类丙酮、丁酮、甲基酮、环已酮等醚类其他乙醚、乙基乙酸醚、二乙基等氟氯烃、甲基溴化物等OCs 净化方法

曲线,甲苯,转换率,空速

甲苯浓度为 900ppm，，空速为 50000 h-1反应条件下 Pt/CeO2、Pt/EC-0、Pt/EC-2.与 Pt/EC-10 甲苯转换率与温度的关系曲线3-1 汇总了 Pt/CeO2、Pt/EC-0、Pt/EC-2.5、Pt/EC-5 与 Pt/EC-10 的活化R（180℃），通过对比各个样品对甲苯的消耗速率来反映样品的活化们能够观察到在 180℃时各个样品的转换速率与活性顺序保持.5>Pt/EC-5>Pt/EC-10> Pt/CeO2>Pt/EC-0甲苯浓度为 900ppm,空速为 50000 h-1反应条件下 Pt/CeO2、Pt/EC-0、Pt/EC-2.5与 Pt/EC-10 的 T50和 T90活化能 Ea 及反应速率 R（180℃） T50(°C) T90(°C) Ea(kJ/mol) R（180℃） TOO2218 233 56.25 0.00004 -0 248 270 65.44 0.00002 -2.5 172 188 24.89 0.00017 -5 173 193 30.32 0.00016 -10 170 195 38.53 0.00015
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;X701

【参考文献】