不同系列金属助剂改性HZSM-5对甲硫醇催化分解性能的研究

发布时间：2020-06-03 02:24

【摘要】：挥发性有机污染物(Volatile organic compounds,VOCs)是一类有毒有害的化学物质,直接排放到环境中会造成严重的环境污染问题,甲硫醇(CH_3SH)作为VOCs中的一种,直接排放到空气中会对人体健康和环境安全产生严重的危害。由于甲硫醇具有来源广、毒性强以及危害性大等特性使其备受人们的关注,因此,寻求高效的方法治理甲硫醇变得刻不容缓。催化分解法作为一种高效、快捷,几乎无污染的方法,在甲硫醇降解方面得到广泛的研究。通过催化剂的作用,在不添加额外物质的同时,在一定的条件下可将甲硫醇催化分解为H_2S、CH_4等小分子物质,其中产生的H_2S可通过现成熟的H_2S处理工艺进行去除,因此,催化分解法又被视为一种高效、安全甲硫醇治理方法。本论文通过选取不同系列金属(碱金属、过渡金属以及稀土金属)作为助剂,对HZSM-5沸石分子筛进行改性,并将其用于甲硫醇的催化分解研究,通过对改性后催化剂的相关表征,探究助剂对HZSM-5沸石分子筛物化性质的影响以及与甲硫醇催化活性及稳定性之间的关系,为以后甲硫醇的催化治理提供可借鉴之处,主要研究结果如下:1)以碱金属中的Na作为改性助剂,通过浸渍的方法将Na负载在HZSM-5沸石分子筛上,通过改变金属助剂前驱体的含量,制备出不同负载量的n%Na-HZSM-5沸石分子筛催化剂,通过实验考察不同Na负载量的HZSM-5沸石分子筛对甲硫醇催化活性及稳定性的影响。研究表明Na的添加明显改变了催化剂对甲硫醇的催化活性及稳定性。其中3%-Na/HZSM-5催化剂表现出最高的催化活性,其在475~oC下可实现甲硫醇的完全催化转化,这是由于Na的添加减少了催化剂表面的强酸点位,增加了催化剂的碱性,从而提高了催化剂对酸性气体甲硫醇的吸附及活化进一步提高了催化剂的活性。随着Na负载量的增加,在高负载下,催化剂骨架中的硅和铝会溶出,从而破化了催化剂的结构影响了其对甲硫醇的催化分解的活性及稳定性。实验表明适当的Na添加可以减少了催化剂在反应过程中碳和硫的累积从而能进一步提高催化剂的稳定性,这是由于Na的添加消除了催化剂表面的强酸位点,进而减少了催化剂表面碳和硫的累积。2)选取过渡金属中的Cr作为改性助剂,并采用浸渍的方式对HZSM-5进行改性,通过调节前驱体的含量,制备不同Cr负载量的n%Cr-HZSM-5催化剂,并将其应用于甲硫醇的催化分解研究。研究表明Cr的加入提高了催化剂的催化活性和稳定性,这是由于Cr的添加提高了催化剂的氧化还原性能,此外,催化剂稳定性的提高归功于Cr提供了氧化性能,将催化剂表面的部分积碳氧化从而减少了积碳的形成。当Cr的负载量低于2%时,Cr物质在催化剂表面以高度分散的形式存在,随着Cr的负载量逐渐增加,部分Cr物质开始进入HZSM-5的孔道内部,其中当Cr的负载量为5%时,由于孔道内的Cr物种的存在,堵塞孔道,从而导致催化剂的氧化还原性能降低,使得催化剂的催化活性无法进一步提升。3)对比性的研究不同系列碱金属改性对甲硫醇催化分解过程的影响,采用Na、La和Cr作为改性金属,通过等体积浸渍法对HZSM-5沸石分子筛进行改性,制备出不同金属改性的催化剂5%n-HZSM-5(n=Na、La和Cr),并将其用于甲硫醇催化分解实验,通过一系列表征,探究不同系列金属改性HZSM-5对甲硫醇催化分解过程的影响。结果表明:在高浓度Na的负载下,在Na浸渍的过程中会对HZSM-5沸石分子筛的骨架造成破坏,导致骨架中的部分硅和铝溶出从而影响催化剂的活性及稳定性。Cr改性HZSM-5沸石分子筛可以为催化剂提供氧化还原性能,而催化剂表面氧化还原性能的存在进一步促进了甲硫醇催化分解反应的进行。La改性HZSM-5沸石分子筛时通过调节催化剂表面的酸碱性,通过改变催化剂表面的酸性和碱性含量来营造出一种合适酸碱特性,从而达到提高催化剂的催化活性的目的。
【图文】：

2.1甲硫醇催化分解机理图

不同系列金属助剂改性HZSM-5对甲硫醇催化分解性能的研究

2.2甲硫醇光催化氧化机理图
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701

【参考文献】