【摘要】：CO是一種無色無味的氣體,對人類的健康和環(huán)境造成了嚴重的威脅,是目前急需治理的污染物之一。在去除CO的眾多方法中,催化氧化法是最直接,最高效的方法,備受研究人員的關(guān)注。本文重點探討了 Ce改性Fe_2O_3催化劑應(yīng)用于CO氧化的研究,并在此基礎(chǔ)上考察了不同的制備條件,如不同鐵前驅(qū)體的選擇,不同材料制備過程中溶液pH的調(diào)節(jié),不同沉淀劑的篩選等,比較了不同金屬的摻雜對鐵鈰氧化物催化劑性能的影響,以及催化劑反應(yīng)機理的部分研究。通過XRD,BET,XPS,TEM,H2-TPR,的CO-TPD,UV-vis,FT-IR等一系列表征對催化劑的理化性質(zhì)進行探討。得出以下結(jié)論:1.Ce改性后的Fe_2O_3催化劑對于CO的催化氧化有著較好的性能,主要是得益于催化劑中鐵鈰固溶體的生成,提高了催化劑的氧化還原性,并提高催化劑中氧的存儲以及氧的遷移。通過Ce負載量的研究發(fā)現(xiàn)7.5%Ce02/Fe催化劑有著最佳的活性,其中Fe~(2+)/Fe~(3+)和Ce~(3+)/Ce~(4+)的比例最大。而Fe~(2+)和Ce~(3+)的含量對氧空位的形成有著緊密的關(guān)聯(lián)。2.比較了不同制備條件(鐵前驅(qū)體,pH,沉淀劑)對催化劑性能的影響。不同鐵源合成的CeO2/Fe催化劑對CO催化氧化存在較大影響。以氯化鐵作為鐵源制備出來的催化劑有著最佳的氧化性能。這是由于Ce02/Fe(C)有著最大的比表面積,較強的鐵鈰相互作用,較好的氧化還原性能。而以硫酸鐵作為鐵源制備出的催化劑的活性最差,一方面,出于未完全分解的硫酸根的存在,覆蓋于催化劑表面,減少鐵鈰之間相互作用。另一方面,Ce02/Fe(S)的比表面積最低,不利于CO的附著,同時由H2-TPR,Ce02/Fe(s)的氧化還原性能較差,導(dǎo)致Ce02/Fe(S)活性最差。當pH為7時制備出的催化劑性能最佳。過高或者過低的pH值會影響制備過程中晶粒成核效果和晶化情況。在較小的溶液pH時,Ce~(4+)和Fe~(3+),Fe~(2+)的過飽和度難以保證,導(dǎo)致所有的離子不能完全參與沉淀反應(yīng),同時樣品沉淀與晶化速率較慢,使得樣品的發(fā)展呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài);增大pH反應(yīng)平衡向右移動,晶體形成得以加快,材料的晶型結(jié)構(gòu)發(fā)展規(guī)則,之后繼續(xù)增加pH值,導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)硬團聚現(xiàn)象。不同沉淀劑的選擇對催化劑的性能存在一定差異。以氨水為沉淀劑制備的催化劑對CO有著較好的催化性能,主要是因為在制備過程中,氨根離子分解為氨氣揮發(fā),使得催化劑較好的進行共沉淀反應(yīng),能夠較好的形成鐵鈰固溶體,增強催化劑的活性,此外還有著較大的比表面積,較好的氧化還原性;而以碳酸鈉為沉淀劑時,催化劑的性能略差,主要是在合成過程中,鈉離子影響鐵鈰固溶體的很好形成,并且比表面積較低,氧化還原性較差。3.不同稀土金屬添加對催化劑的理化性質(zhì)產(chǎn)生影響,使得催化劑的活性不同。其中Er和Nd的負載優(yōu)化了催化劑的理化性質(zhì),提高了催化劑的活性。4.不同催化劑的CO反應(yīng)途徑不同。Cu-ZSM-5催化劑中的Cu+對CO的反應(yīng)起主要的作用,而Cu+主要是通過與反應(yīng)氣中的氧氣被氧化而發(fā)生反應(yīng)生成Cu-O,再通過Cu-0的斷裂為吸附在Cu上的CO反應(yīng)提供O生成CO2,而斷裂Cu-0鍵中的Cu~(2+)因失去O原子被還原為Cu+,再次與O2反應(yīng)重新生成Cu-O,使反應(yīng)繼續(xù)。此外,該反應(yīng)遵循Langmuir-Hinshelwood反應(yīng)機理。將Ce負載在Fe上制備的催化劑存在分離相,即可能存在兩種不同的反應(yīng)路徑。一方面,催化劑遵循氧化還原反應(yīng)機理,即CO與催化劑上的表面晶格氧發(fā)生反應(yīng)生成CO2。在該反應(yīng)中,表面氧空位起到了重要的作用。另一方面,CO通過催化劑中Ce與Fe的協(xié)同作用活化反應(yīng)氣中O,使活化的O與CO結(jié)合。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ426;X51

【參考文獻】

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本文編號：2264854