揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds,VOCs)作為臭氧(O_3)和細(xì)顆粒物(PM_(2.5))污染的重要前體物,嚴(yán)重影響人體健康和環(huán)境質(zhì)量。催化燃燒作為一種末端銷毀技術(shù),已經(jīng)經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn),正成為VOCs的主流控制手段之一。Mn-Ce復(fù)合氧化物兼具CeO_2和過(guò)渡金屬的優(yōu)異特性,是VOCs催化燃燒研究的熱點(diǎn)。本文以甲苯作為目標(biāo)污染物,研究CeBTC(MnBTC)犧牲模板法制備MnO_x-CeO_2(CeO_2-MnO_x)復(fù)合氧化物的可控合成,篩選出活性組分高度分散、形貌可控以及顆粒不團(tuán)聚的催化劑;研究焙燒溫度對(duì)MOFs犧牲模板的影響;考察催化劑活性組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)其催化氧化甲苯活性的影響;探究模板法制備的錳鈰復(fù)合氧化物MnO_x-CeO_2及其反相氧化物CeO_2-MnO_x在甲苯催化氧化體系中的構(gòu)效關(guān)系。(1)第二章中,使用自組裝法制備了CeBTC模板,并以之為犧牲模板制備了一系列不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Mn%=1%,3%,5%,8%,10%)的MnO_x-CeO_2復(fù)合氧化物。研究了焙燒溫度對(duì)CeBTC模板轉(zhuǎn)化為氧化物的影響,同時(shí)也考察了催化劑活性組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)其催化氧化甲苯活性的影響。結(jié)果表明,CeBTC模板的最優(yōu)焙燒溫度為300 ~oC。制備的復(fù)合催化劑活性組分高度分散、形貌可控且顆粒不團(tuán)聚。Raman、XPS和H_2-TPR等表征結(jié)果顯示,錳物種和CeO_2的相互作用削弱了Ce-O鍵從而增強(qiáng)催化劑表面氧的還原性。當(dāng)Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5%即接近其單層分散閾值時(shí),對(duì)應(yīng)催化活性最高,體系出現(xiàn)“閾值效應(yīng)”。(2)第三章中,類似地自組裝制備了MnBTC模板,以之為犧牲模板制備了一系列不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Ce%=1%,3%,5%,8%,10%)的CeO_2-MnO_x復(fù)合氧化物。研究了焙燒過(guò)程中溫度對(duì)MnBTC模板轉(zhuǎn)化為氧化物的影響,同時(shí)也考察了催化劑活性組分不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)其催化氧化甲苯活性的差異。結(jié)果表明,MnBTC模板的最優(yōu)焙燒溫度為300 ~oC。制備的復(fù)合催化劑活性組分高度分散、形貌可控且顆粒不團(tuán)聚。通過(guò)系列表征也發(fā)現(xiàn),鈰物種和MnO_x的相互作用削弱了Mn-O鍵從而增強(qiáng)催化劑表面氧的還原性。Ce質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3%即接近其單層分散閾值時(shí),對(duì)應(yīng)催化活性最高,體系也出現(xiàn)“閾值效應(yīng)”。(3)第四章中,通過(guò)XPS和UV-vis等手段對(duì)上述兩個(gè)體系中的活性組分進(jìn)行表征分析,以解釋樣品在甲苯評(píng)價(jià)過(guò)程中的閾值效應(yīng),探索催化劑的構(gòu)效關(guān)系。結(jié)果表明,MnO_x-CeO_2體系中,Mn物種的單層分散閾值為6.2%;在CeO_2-MnO_x體系中,Ce物種的單層分散閾值為3.2%,與活性結(jié)果基本相符。其中,對(duì)載體和表面化合物的強(qiáng)相互作用,使用了嵌入模型來(lái)表達(dá)。并用此嵌入模式解釋了催化活性的本質(zhì)機(jī)理,闡述了體系涉氧參量和電子傳遞的關(guān)系。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X701
【部分圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文的 VOCs。其優(yōu)點(diǎn)包括能耗低、工藝簡(jiǎn)單、安全性高、普適性廣、輔生物技術(shù)是指利用微生物將 VOCs 降解為二氧化碳和水的技術(shù)[24]，具和二次污染少的特點(diǎn)。光催化技術(shù)利用光催化劑，在一定波長(zhǎng)的光行氧化還原的反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)[26]。其優(yōu)藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫和、無(wú)副產(chǎn)物生成等。等離子體技術(shù)是指在外加電場(chǎng)產(chǎn)生的大量高能粒子，對(duì)污染物化學(xué)鍵進(jìn)行轟擊而使其斷裂和電離，毒物質(zhì)[27]。目前 VOCs 治理市場(chǎng)上，新型處理技術(shù)由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，因此市面上廣泛應(yīng)用的大多是傳統(tǒng)處理技術(shù)吸附技術(shù)和冷凝技術(shù)等。其中，燃燒技術(shù)中的催化燃燒由于其普適性闊的應(yīng)用前景。催化燃燒技術(shù)中的核心催化劑，成為了VOCs治理研究

高純氮?dú)?N299.999% 廣鋼集團(tuán)廣州氣體廠高純氫氣 H299.999% 廣鋼集團(tuán)廣州氣體廠高純氧氣 O299.999% 廣鋼集團(tuán)廣州氣體廠干燥空氣 N2/O299.999% 廣鋼集團(tuán)廣州氣體廠甲苯 C7H899.999% 廣東省佛山氣體廠2.2.2 催化劑的制備1、CeBTC 犧牲模板采用室溫自組裝配位[93]的方法合成 CeBTC。稱取前驅(qū)體 Ce(NO3)3 6H2O 0.01m1,3,5-H3BTC 0.01 mol，分別用去離子水（50 mL）和去離子水與乙醇的混合溶液（mL+200 mL）進(jìn)行溶解。溶解完全后將兩種前驅(qū)體溶液混合，并于室溫下中速攪拌 2 隨后靜置 0.5 h。將靜置后的溶液進(jìn)行離心，倒掉上清液后，用等體積比例的去離子乙醇混合溶液對(duì)離心得到的固體進(jìn)行洗滌，再真空抽濾。抽濾得到的白色固體于 12的烘箱里干燥 12 h，研磨后得到白色固體粉末，即為 CeBTC（犧牲模板）。

圖 2-2 MnOx-CeO2制備實(shí)驗(yàn)步驟Fig. 2-2 Synthesis procedure of MnOx-CeO22.2.3 表征手段1、X 射線衍射（X-ray Diffraction，XRD）X 射線衍射即 XRD，利用德國(guó)布魯克科技有限公司（Bruker）D8 Advance X 衍射儀進(jìn)行測(cè)試。光源為 Cu靶 Kɑ線，管電壓設(shè)定為 40 kV，管電流設(shè)定為 40 mA描步長(zhǎng)為 0.02o，掃描范圍為 2θ=5o- 80o。2、N2物理吸附-脫附測(cè)試（NitrogenAdsorption-Desorption）N2物理吸附-脫附測(cè)試?yán)妹绹?guó)麥克默瑞提克儀器有限公司（Micromeritics）型ASAP 2020 的物理吸附儀進(jìn)行樣品比表面積和孔徑等參數(shù)的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)樣品（150 首先在 150oC 條件下真空脫氣 8 h，進(jìn)行 N2吸附-脫附測(cè)試。比表面積使用 BET 方行計(jì)算。3、熱重測(cè)試（Thermogravimetric Analysis，TGA）
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2857308