銅錳復(fù)合氧化物在催化氧化CO方面具有良好的性能表現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)中往往用到濃硫酸進(jìn)行氧化還原反應(yīng),不利于環(huán)保和安全問(wèn)題,尋找一條綠色環(huán)保的合成工藝路線是目前的研究熱點(diǎn)。本文采用水熱法、有機(jī)酸輔助、微波輔助和有機(jī)還原劑輔助等手段改性合成了銅錳復(fù)合氧化物催化劑,并在此基礎(chǔ)上考察了多種反應(yīng)條件對(duì)材料的影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)XRD、SEM、BET、FT-IR、AAS等設(shè)備和方法對(duì)制備的材料進(jìn)行了表征和分析,通過(guò)CO催化活性評(píng)價(jià)裝置對(duì)材料進(jìn)行了催化氧化測(cè)試。主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下:（1）通過(guò)水熱法制備銅錳復(fù)合氧化物催化劑。通過(guò)控制反應(yīng)溫度,其微觀結(jié)構(gòu)形成納米線結(jié)構(gòu),直徑在20 nm到50 nm之間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)水熱反應(yīng)溫度為120℃,反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為10 h,煅燒溫度為300℃,煅燒時(shí)間為3 h,Cu/Mn為1:2時(shí),制備的材料具有一定催化活性。在低溫（30℃）下,CO轉(zhuǎn)化效率在1 h內(nèi)基本維持在25%。（2）通過(guò)有機(jī)酸（醋酸、草酸、檸檬酸）輔助反應(yīng)制備銅錳復(fù)合氧化物催化劑。其中,以檸檬酸輔助合成的材料催化效率最高。該非晶態(tài)CuMnO_x復(fù)合催化劑在室溫下對(duì)CO具有良好的催化活性。當(dāng)檸檬... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Al2O3載體和CeO2修飾的Al2O3載體上的CuO組成示意圖[63]

第1章緒論7CuO物相用于晶格氧生成，而Mn2O3的反應(yīng)機(jī)理可以通過(guò)吸附反應(yīng)機(jī)理解釋，尖晶石具有中間促進(jìn)協(xié)同作用，但其特征更接近于Mn2O3。Buciuman[66]提出了以氧化錳作為氧供體和氧化銅作為氧受體的溢出模型作為無(wú)定形尖晶石模型的替代物，該模型用于解釋霍加拉特催化劑具有高催化活性的原因。根據(jù)該模型，CuO和Mn2O3形成活性較低的CuMn2O4的固相反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致Hopcalite在高溫下的不可逆活性損失。L-H機(jī)理（Langmuir-Hinshelwoodmechanism）L-H機(jī)理是很早便報(bào)道出來(lái)的典型的吸附反應(yīng)機(jī)理，適用于很多催化反應(yīng)過(guò)程。其中，很多氣體的催化氧化機(jī)理都可以用L-H機(jī)理解釋和推理，因此，本文中合成的銅錳復(fù)合氧化物催化劑進(jìn)行的CO催化反應(yīng)也遵循該機(jī)理[74,75]。具體過(guò)程如圖：（1）催化劑將CO和O2分子吸附在表面；（2）O2在催化劑表面解離活化；（3）被活化的O會(huì)與吸附在催化劑表面的CO反應(yīng)形成CO2；（4）反應(yīng)得到的CO2分子從催化劑表面脫附。圖1-2L-H機(jī)理示意圖[74,75]Fig.1-2SchematicdiagramofL-Hmechanism[74,75]MvK機(jī)理（Mars-vanKrevelenmechanism）最早提出MvK機(jī)理的是在1954年，研究人員通過(guò)氧化釩催化劑，深入研究了在氧化釩表面上萘、苯和甲苯的氧化速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)過(guò)程中的氧并不是直接來(lái)自于氣相中的氧分子，而是氧分子經(jīng)過(guò)氧化釩催化劑表面時(shí)被活化，形成了晶格氧，而氣相氧分子可以補(bǔ)充晶格氧的消耗。該過(guò)程被成為MvK

河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論文8氧化-還原機(jī)理，如圖1-3[25]。圖1-3MvK氧化-還原機(jī)理示意圖[25]Fig.1-3SchmaticdiagramofMvKmechanism[25]氧化-還原機(jī)理在氣體催化氧化方面，尤其是金屬氧化物作為催化劑對(duì)CO進(jìn)行催化氧化，受到研究人員廣泛認(rèn)可[76]。當(dāng)催化劑表面發(fā)生該反應(yīng)過(guò)程時(shí)，氣態(tài)CO分子會(huì)吸附于固相表面，并且被表面活性組分活化；同時(shí)，吸附于表面的氣態(tài)氧被活化為晶格氧；最后，活性CO與晶格氧在催化劑表面完成氧化反應(yīng)。MvK氧化-還原機(jī)理解釋了催化劑表面的活性位點(diǎn)：（1）金屬離子表面存在的活性位點(diǎn)，用于進(jìn)行氣體氧化；（2）還原氧分子的活性位點(diǎn)。該機(jī)理表明，過(guò)渡金屬離子之間存在電子轉(zhuǎn)移，從而使復(fù)合催化劑表現(xiàn)出高電子傳導(dǎo)性，而催化劑表面晶格氧的移動(dòng)性，還原表面可以再氧化，使氧化還原過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。對(duì)于MvK機(jī)理解釋銅錳催化劑催化過(guò)程，CO和O2同時(shí)吸附在銅錳氧化物上，當(dāng)CO和活潑的晶格氧發(fā)生反應(yīng)后，還原表面可以對(duì)吸附的氧分子進(jìn)行再氧化，使催化過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。通常情況下，MvK機(jī)理經(jīng)歷以下反應(yīng)過(guò)程[77]：（1）金屬氧化物表面被氧化；（2）氣態(tài)CO分子被吸附在金屬氧化物表面；（3）金屬氧化物表面的氧原子和CO反應(yīng)；（4）反應(yīng)過(guò)程完成后，金屬表面產(chǎn)生的CO2分子脫附；（5）消耗的氧原子被氣態(tài)氧迅速補(bǔ)充。以上便是MvK機(jī)理認(rèn)為的氧化還原反應(yīng)過(guò)程。而且，研究人員發(fā)現(xiàn)[8]，當(dāng)金屬氧化物表面產(chǎn)生氧空位可吸附CO2，因此會(huì)使催化劑失活。

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碩士論文
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