【摘要】：本論文中通過簡單高效的制備方法合成鈷錳催化劑并探究其在苯燃燒反應(yīng)中的表現(xiàn),期望利用簡單有效的方法制備合成低成本、高活性和高穩(wěn)定性的催化劑。試驗制備了不同摩爾比例CoxMny催化劑、在不同溫度下焙燒的Co2Mn1催化劑,并且對Co2Mn1催化劑進行了Ce的摻雜修飾,進一步開展以Co2Mn1催化劑為活性組分的整體式催化劑的研究。并對制備合成的催化劑的催化活性和相關(guān)性質(zhì)進行測試表征,分析了催化劑在苯燃燒反應(yīng)中表現(xiàn)出不同催化活性的原因。主要研究結(jié)果如下:(1)首先采用了共沉淀法制備了不同摩爾比例CoxMny催化劑,比較其對苯燃燒反應(yīng)的催化活性,篩選得到Co2Mn1催化劑。然后進一步在不同溫度下焙燒得到一系列Co2Mn1催化劑。分別利用XRD、SEM、TEM和BET對Co2Mn1催化劑的晶相結(jié)構(gòu)、形貌結(jié)構(gòu)和比表面積等進行了表征;利用H_2-TPR和O_2-TPD探究了Co2Mn1催化劑的氧化還原能力;利用XPS和TG-DTA分析了Co2Mn1催化劑的表面化學(xué)組成和熱穩(wěn)定性;同時探究了空速的影響和催化劑的穩(wěn)定性。結(jié)果表明Co2Mn1系列催化劑是典型的尖晶石型結(jié)構(gòu)固溶體,呈現(xiàn)片狀形貌,Mn元素在Co_3O_4中高度分散。Co2Mn1系列催化劑具有較高的活性和穩(wěn)定性。而且焙燒溫度對Co2Mn1系列催化劑的催化性能影響較大,300℃焙燒得到的Co2Mn1催化劑性能最佳,在空速為30,000mL/(g·h)、苯濃度為1000 ppm時,T_(10%)和T_(90%)分別為149℃和191℃,且其在240℃連續(xù)反應(yīng)36小時后性能保持不變。Co2Mn1(T300)良好的催化性能與其尖晶石結(jié)構(gòu)、片狀形貌、高的低溫氧化還原能力等有關(guān)。(2)為繼續(xù)提高Co2Mn1催化劑的性能,用Ce摻雜修飾Co2Mn1催化劑,制備了一系列含有Ce含量的Co2Mn1催化劑。Ce的含量為8.6 wt%~55.2 wt%。通過對比這些Ce摻雜的Co2Mn1催化性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ce的含量較低(低于25 wt%)時,能夠提高Co2Mn1催化劑的催化性能。但Ce的摻雜濃度高于55 wt%時,則會破壞Co2Mn1尖晶石結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致催化效果下降。研究中利用多種測試表征手段對Co-Ce-Mn催化劑的物化性質(zhì)進行表征,發(fā)現(xiàn)Ce的摻雜在促進晶格氧的流動性、增加表面吸附氧濃度等方面具有一定的貢獻(xiàn)。(3)為促進粉末材料應(yīng)用于實際工況中,選取堇青石為載體,采用均勻高分散涂覆技術(shù)制備了由Co2Mn1(T300)作為活性組分的整體式催化劑。通過向Co2Mn1的漿料中引入粘結(jié)劑擬薄水鋁石,并合理調(diào)控漿料的pH值,促進Co2Mn1在堇青石載體孔道中的“錨定”。研究中固定固含量(擬薄水鋁石和Co2Mn1總的含量)為40%,當(dāng)活性組分Co2Mn1(T300)的含量為12.5 wt%時,獲得的整體式催化劑活性涂層厚度均勻,負(fù)載量約為25%(相對于載體質(zhì)量)。粘附性實驗表明,整體式催化劑置于乙醇超聲處理3小時后,脫落率小于3%(相對于活性組分質(zhì)量),主要歸因于活性組分與載體之間的強相互作用。在對苯的燃燒反應(yīng)測試中,Co2Mn1(T300)整體式催化劑表現(xiàn)出了較高的活性,在空速為120,000 mL/(g·h)時,300℃即可將苯(1000 ppm)完全轉(zhuǎn)化。36小時的穩(wěn)定性測試也表明整體式催化劑具有較高的穩(wěn)定性。
【圖文】：

圖 1- 1 苯的分子結(jié)構(gòu)1 Molecular structure of benzen要的致癌物質(zhì)（Group 1甲苯和二甲苯帶有甲基，，，而苯進入人體之后則不呼吸吸入，誤食食入和皮頭暈、頭痛等急性中毒等發(fā)白血病，也可侵害神經(jīng)其生產(chǎn)技術(shù)水平和產(chǎn)量是常生活中，苯的應(yīng)用廣泛要原料。但是，在苯的使這種化工原料的同時，相針對 VOCs 的治理技術(shù)同

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文（1） 單一過渡金屬氧化物不同的單一過渡金屬氧化物固有物化性質(zhì)不同，在 VOCs 燃燒反應(yīng)中表現(xiàn)出不同的性能。研究表明，同樣條件下易還原的或具有良好低溫氧化還原性能的過渡金屬氧化物催化活性更高。如 Tang 等[51]采用相同的制備方法和測試條件研究介孔結(jié)構(gòu)的 Co3O4、MnO2和 NiO，發(fā)現(xiàn)對甲苯的催化活性按照 Co3O4>MnO2>NiO的順序遞減，與其低溫氧化還原性能順序相一致，如圖 1-4。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ426;TQ038.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2695262