不同系列金屬助劑改性HZSM-5對甲硫醇催化分解性能的研究

發(fā)布時間：2020-06-03 02:24

【摘要】：揮發(fā)性有機污染物(Volatile organic compounds,VOCs)是一類有毒有害的化學物質,直接排放到環(huán)境中會造成嚴重的環(huán)境污染問題,甲硫醇(CH_3SH)作為VOCs中的一種,直接排放到空氣中會對人體健康和環(huán)境安全產生嚴重的危害。由于甲硫醇具有來源廣、毒性強以及危害性大等特性使其備受人們的關注,因此,尋求高效的方法治理甲硫醇變得刻不容緩。催化分解法作為一種高效、快捷,幾乎無污染的方法,在甲硫醇降解方面得到廣泛的研究。通過催化劑的作用,在不添加額外物質的同時,在一定的條件下可將甲硫醇催化分解為H_2S、CH_4等小分子物質,其中產生的H_2S可通過現(xiàn)成熟的H_2S處理工藝進行去除,因此,催化分解法又被視為一種高效、安全甲硫醇治理方法。本論文通過選取不同系列金屬(堿金屬、過渡金屬以及稀土金屬)作為助劑,對HZSM-5沸石分子篩進行改性,并將其用于甲硫醇的催化分解研究,通過對改性后催化劑的相關表征,探究助劑對HZSM-5沸石分子篩物化性質的影響以及與甲硫醇催化活性及穩(wěn)定性之間的關系,為以后甲硫醇的催化治理提供可借鑒之處,主要研究結果如下:1)以堿金屬中的Na作為改性助劑,通過浸漬的方法將Na負載在HZSM-5沸石分子篩上,通過改變金屬助劑前驅體的含量,制備出不同負載量的n%Na-HZSM-5沸石分子篩催化劑,通過實驗考察不同Na負載量的HZSM-5沸石分子篩對甲硫醇催化活性及穩(wěn)定性的影響。研究表明Na的添加明顯改變了催化劑對甲硫醇的催化活性及穩(wěn)定性。其中3%-Na/HZSM-5催化劑表現(xiàn)出最高的催化活性,其在475~oC下可實現(xiàn)甲硫醇的完全催化轉化,這是由于Na的添加減少了催化劑表面的強酸點位,增加了催化劑的堿性,從而提高了催化劑對酸性氣體甲硫醇的吸附及活化進一步提高了催化劑的活性。隨著Na負載量的增加,在高負載下,催化劑骨架中的硅和鋁會溶出,從而破化了催化劑的結構影響了其對甲硫醇的催化分解的活性及穩(wěn)定性。實驗表明適當?shù)腘a添加可以減少了催化劑在反應過程中碳和硫的累積從而能進一步提高催化劑的穩(wěn)定性,這是由于Na的添加消除了催化劑表面的強酸位點,進而減少了催化劑表面碳和硫的累積。2)選取過渡金屬中的Cr作為改性助劑,并采用浸漬的方式對HZSM-5進行改性,通過調節(jié)前驅體的含量,制備不同Cr負載量的n%Cr-HZSM-5催化劑,并將其應用于甲硫醇的催化分解研究。研究表明Cr的加入提高了催化劑的催化活性和穩(wěn)定性,這是由于Cr的添加提高了催化劑的氧化還原性能,此外,催化劑穩(wěn)定性的提高歸功于Cr提供了氧化性能,將催化劑表面的部分積碳氧化從而減少了積碳的形成。當Cr的負載量低于2%時,Cr物質在催化劑表面以高度分散的形式存在,隨著Cr的負載量逐漸增加,部分Cr物質開始進入HZSM-5的孔道內部,其中當Cr的負載量為5%時,由于孔道內的Cr物種的存在,堵塞孔道,從而導致催化劑的氧化還原性能降低,使得催化劑的催化活性無法進一步提升。3)對比性的研究不同系列堿金屬改性對甲硫醇催化分解過程的影響,采用Na、La和Cr作為改性金屬,通過等體積浸漬法對HZSM-5沸石分子篩進行改性,制備出不同金屬改性的催化劑5%n-HZSM-5(n=Na、La和Cr),并將其用于甲硫醇催化分解實驗,通過一系列表征,探究不同系列金屬改性HZSM-5對甲硫醇催化分解過程的影響。結果表明:在高濃度Na的負載下,在Na浸漬的過程中會對HZSM-5沸石分子篩的骨架造成破壞,導致骨架中的部分硅和鋁溶出從而影響催化劑的活性及穩(wěn)定性。Cr改性HZSM-5沸石分子篩可以為催化劑提供氧化還原性能,而催化劑表面氧化還原性能的存在進一步促進了甲硫醇催化分解反應的進行。La改性HZSM-5沸石分子篩時通過調節(jié)催化劑表面的酸堿性,通過改變催化劑表面的酸性和堿性含量來營造出一種合適酸堿特性,從而達到提高催化劑的催化活性的目的。
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