以金属有机骨架为牺牲模板制备锰铈复合氧化物催化氧化甲苯的研究
发布时间：2020-10-26 17:46
挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)作为臭氧(O_3)和细颗粒物(PM_(2.5))污染的重要前体物,严重影响人体健康和环境质量。催化燃烧作为一种末端销毁技术,已经经过实践检验,正成为VOCs的主流控制手段之一。Mn-Ce复合氧化物兼具CeO_2和过渡金属的优异特性,是VOCs催化燃烧研究的热点。本文以甲苯作为目标污染物,研究CeBTC(MnBTC)牺牲模板法制备MnO_x-CeO_2(CeO_2-MnO_x)复合氧化物的可控合成,筛选出活性组分高度分散、形貌可控以及颗粒不团聚的催化剂;研究焙烧温度对MOFs牺牲模板的影响;考察催化剂活性组分的质量分数对其催化氧化甲苯活性的影响;探究模板法制备的锰铈复合氧化物MnO_x-CeO_2及其反相氧化物CeO_2-MnO_x在甲苯催化氧化体系中的构效关系。(1)第二章中,使用自组装法制备了CeBTC模板,并以之为牺牲模板制备了一系列不同质量分数(Mn%=1%,3%,5%,8%,10%)的MnO_x-CeO_2复合氧化物。研究了焙烧温度对CeBTC模板转化为氧化物的影响,同时也考察了催化剂活性组分质量分数对其催化氧化甲苯活性的影响。结果表明,CeBTC模板的最优焙烧温度为300 ~oC。制备的复合催化剂活性组分高度分散、形貌可控且颗粒不团聚。Raman、XPS和H_2-TPR等表征结果显示,锰物种和CeO_2的相互作用削弱了Ce-O键从而增强催化剂表面氧的还原性。当Mn质量分数达到5%即接近其单层分散阈值时,对应催化活性最高,体系出现“阈值效应”。(2)第三章中,类似地自组装制备了MnBTC模板,以之为牺牲模板制备了一系列不同质量分数(Ce%=1%,3%,5%,8%,10%)的CeO_2-MnO_x复合氧化物。研究了焙烧过程中温度对MnBTC模板转化为氧化物的影响,同时也考察了催化剂活性组分不同质量分数对其催化氧化甲苯活性的差异。结果表明,MnBTC模板的最优焙烧温度为300 ~oC。制备的复合催化剂活性组分高度分散、形貌可控且颗粒不团聚。通过系列表征也发现,铈物种和MnO_x的相互作用削弱了Mn-O键从而增强催化剂表面氧的还原性。Ce质量分数达到3%即接近其单层分散阈值时,对应催化活性最高,体系也出现“阈值效应”。(3)第四章中,通过XPS和UV-vis等手段对上述两个体系中的活性组分进行表征分析,以解释样品在甲苯评价过程中的阈值效应,探索催化剂的构效关系。结果表明,MnO_x-CeO_2体系中,Mn物种的单层分散阈值为6.2%;在CeO_2-MnO_x体系中,Ce物种的单层分散阈值为3.2%,与活性结果基本相符。其中,对载体和表面化合物的强相互作用,使用了嵌入模型来表达。并用此嵌入模式解释了催化活性的本质机理,阐述了体系涉氧参量和电子传递的关系。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X701
【部分图文】：
华南理工大学硕士学位论文的 VOCs。其优点包括能耗低、工艺简单、安全性高、普适性广、辅生物技术是指利用微生物将 VOCs 降解为二氧化碳和水的技术[24]，具和二次污染少的特点。光催化技术利用光催化剂，在一定波长的光行氧化还原的反应，转化为二氧化碳、水和无机小分子物质[26]。其优艺简单、反应温和、无副产物生成等。等离子体技术是指在外加电场产生的大量高能粒子，对污染物化学键进行轰击而使其断裂和电离，毒物质[27]。目前 VOCs 治理市场上，新型处理技术由于经济和技术等现大规模的工业化应用，因此市面上广泛应用的大多是传统处理技术吸附技术和冷凝技术等。其中，燃烧技术中的催化燃烧由于其普适性阔的应用前景。催化燃烧技术中的核心催化剂，成为了VOCs治理研究
高纯氮气 N299.999% 广钢集团广州气体厂高纯氢气 H299.999% 广钢集团广州气体厂高纯氧气 O299.999% 广钢集团广州气体厂干燥空气 N2/O299.999% 广钢集团广州气体厂甲苯 C7H899.999% 广东省佛山气体厂2.2.2 催化剂的制备1、CeBTC 牺牲模板采用室温自组装配位[93]的方法合成 CeBTC。称取前驱体 Ce(NO3)3 6H2O 0.01m1,3,5-H3BTC 0.01 mol，分别用去离子水（50 mL）和去离子水与乙醇的混合溶液（mL+200 mL）进行溶解。溶解完全后将两种前驱体溶液混合，并于室温下中速搅拌 2 随后静置 0.5 h。将静置后的溶液进行离心，倒掉上清液后，用等体积比例的去离子乙醇混合溶液对离心得到的固体进行洗涤，再真空抽滤。抽滤得到的白色固体于 12的烘箱里干燥 12 h，研磨后得到白色固体粉末，即为 CeBTC（牺牲模板）。
图 2-2 MnOx-CeO2制备实验步骤Fig. 2-2 Synthesis procedure of MnOx-CeO22.2.3 表征手段1、X 射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）X 射线衍射即 XRD，利用德国布鲁克科技有限公司（Bruker）D8 Advance X 衍射仪进行测试。光源为 Cu靶 Kɑ线，管电压设定为 40 kV，管电流设定为 40 mA描步长为 0.02o，扫描范围为 2θ=5o- 80o。2、N2物理吸附-脱附测试（NitrogenAdsorption-Desorption）N2物理吸附-脱附测试利用美国麦克默瑞提克仪器有限公司（Micromeritics）型ASAP 2020 的物理吸附仪进行样品比表面积和孔径等参数的测试。实验样品（150 首先在 150oC 条件下真空脱气 8 h，进行 N2吸附-脱附测试。比表面积使用 BET 方行计算。3、热重测试（Thermogravimetric Analysis，TGA）
【参考文献】
本文编号：2857308
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X701
【部分图文】：
华南理工大学硕士学位论文的 VOCs。其优点包括能耗低、工艺简单、安全性高、普适性广、辅生物技术是指利用微生物将 VOCs 降解为二氧化碳和水的技术[24]，具和二次污染少的特点。光催化技术利用光催化剂，在一定波长的光行氧化还原的反应，转化为二氧化碳、水和无机小分子物质[26]。其优艺简单、反应温和、无副产物生成等。等离子体技术是指在外加电场产生的大量高能粒子，对污染物化学键进行轰击而使其断裂和电离，毒物质[27]。目前 VOCs 治理市场上，新型处理技术由于经济和技术等现大规模的工业化应用，因此市面上广泛应用的大多是传统处理技术吸附技术和冷凝技术等。其中，燃烧技术中的催化燃烧由于其普适性阔的应用前景。催化燃烧技术中的核心催化剂，成为了VOCs治理研究
高纯氮气 N299.999% 广钢集团广州气体厂高纯氢气 H299.999% 广钢集团广州气体厂高纯氧气 O299.999% 广钢集团广州气体厂干燥空气 N2/O299.999% 广钢集团广州气体厂甲苯 C7H899.999% 广东省佛山气体厂2.2.2 催化剂的制备1、CeBTC 牺牲模板采用室温自组装配位[93]的方法合成 CeBTC。称取前驱体 Ce(NO3)3 6H2O 0.01m1,3,5-H3BTC 0.01 mol，分别用去离子水（50 mL）和去离子水与乙醇的混合溶液（mL+200 mL）进行溶解。溶解完全后将两种前驱体溶液混合，并于室温下中速搅拌 2 随后静置 0.5 h。将静置后的溶液进行离心，倒掉上清液后，用等体积比例的去离子乙醇混合溶液对离心得到的固体进行洗涤，再真空抽滤。抽滤得到的白色固体于 12的烘箱里干燥 12 h，研磨后得到白色固体粉末，即为 CeBTC（牺牲模板）。
图 2-2 MnOx-CeO2制备实验步骤Fig. 2-2 Synthesis procedure of MnOx-CeO22.2.3 表征手段1、X 射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）X 射线衍射即 XRD，利用德国布鲁克科技有限公司（Bruker）D8 Advance X 衍射仪进行测试。光源为 Cu靶 Kɑ线，管电压设定为 40 kV，管电流设定为 40 mA描步长为 0.02o，扫描范围为 2θ=5o- 80o。2、N2物理吸附-脱附测试（NitrogenAdsorption-Desorption）N2物理吸附-脱附测试利用美国麦克默瑞提克仪器有限公司（Micromeritics）型ASAP 2020 的物理吸附仪进行样品比表面积和孔径等参数的测试。实验样品（150 首先在 150oC 条件下真空脱气 8 h，进行 N2吸附-脱附测试。比表面积使用 BET 方行计算。3、热重测试（Thermogravimetric Analysis，TGA）
【参考文献】
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本文编号：2857308
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