MnCo改性的MCM-41催化剂用于氯苯催化燃烧的研究（英文）

含氯挥发性有机化合物(CVOCs)是对人体健康和环境危害极大的有机化合物.常见的有二氯乙烷、三氯乙烯、三氯甲烷、四氯化碳和氯苯等.有些CVOCs是"三致"(致畸、致癌、致突变)物质,有些少量进入大气就能破坏臭氧层,亦或与臭氧等形成光化学烟雾,引起全球变暖.因此,对于其消除迫在眉睫.CVOCs通常采用高温直接燃烧、吸附、光催化氧化和催化燃烧等方法降解.其中,催化燃烧是非常有效的.我们选择氯苯作为CVOCs探针分子是因其不仅存在于农药和化工产品中,在室内环境中也大量存在,而负载贵金属和非贵金属型催化剂可用于其催化降解.贵金属催化剂价格高而且易氯中毒,但过渡金属催化剂价格低且抗失活,因而是不错的选择.通常过渡金属催化剂使用V_2O_5,Cr_2O_3,MnO_2,Co_3O_4及NiO等活性组分,而Mn和Co氧化物有较好活性且没有环境污染,常用作活性组分.另外,MCM-41是有序介孔硅酸盐和硅铝酸盐家族中M41S的一员,具有高的比表面积和较窄的孔径分布,常用作催化剂的载体.我们利用具有大比表面积、大孔径的MCM-41作为载体,采用浸渍法负载MnO_x,CoO_x,MnO_x-CoO_x等活性组分,制备系列的催化剂用于低浓度氯苯的催化燃烧,研究催化剂的催化活性、选择性及稳定性.并利用XRD、N_2吸脱附、高分辨电镜-能谱分析、H_2-TPR和CB-TPD等手段对MCM-41及催化剂的织构-结构、表面形貌、活性组分分散状态、氧化还原性能及吸附性能等做了系统的研究.采用表面活性剂软模板技术合成了具有大比表面积、大孔径、耐热稳定性高的MCM-41介孔分子筛,负载不同比例的Mn/Co(摩尔比是3:1、6:1及9:1,其中总负载量为10%),以氯苯催化燃烧为探针反应,筛选出活性最佳时的Mn/Co比例.活性评价实验结果表明,各催化剂的活性以下列顺序依次降低:MnCo(6:1)/MCM-41MnCo(9:1)/MCM-41MnCo(3:1)/MCM-41Mn/MCM-41Co/MCM-41,其中MnCo(6:1)/MCM-41活性最佳,在270 oC即可完全催化燃烧氯苯.耐久性实验结果显示,MnCo(6:1)/MCM-41在连续反应1000 h后,其活性没有降低,表明其具有非常良好的稳定性.XRD实验结果表明,在Mn/MCM-41及Co/MCM-41催化剂上分别检测到MnO_2及Co_3O_4的特征衍射峰.在MnCo(6:1)/MCM-41催化剂上,MnO_2及Co_3O_4的特征衍射峰消失,同时出现了MnCoOx的特征衍射峰,这是由于MnO_2及Co_3O_4的强相互作用经过焙烧后形成的,且MnCoO_x的特征衍射峰较小,表明双金属活性组分的分散比单金属催化剂好.N_2吸脱附结果显示,MCM-41的比表面积达到805.9 m~2/g,孔体积达到0.795 cm~3/g.负载活性组分后其比表面积及孔体积均有不同程度的减小,这是由于活性组分进入了MCM-41的孔隙.高分辨电镜结果表明,MCM-41具有均匀的介孔孔道结构,MnCoO_x在MCM-41表面的颗粒小,分散好.能谱扫描出Mn,Co,O等元素,表明活性组分成功地负载在MCM-41载体上.H_2-TPR表明,双金属催化剂的还原峰温较单金属催化剂低,表明其具有更好的氧化性能.CB-TPD结果表明,MnCo双金属催化剂脱附氯苯的温度高于单金属催化剂,说明氯苯与催化剂之间的相互作用更强,即双金属催化剂对氯苯的吸附能力更强,使得氯苯催化燃烧更加充分,因此其催化性能更好.同时,深入探讨了MnO_x,CoO_x,MnCoO_x和MCM-41之间的相互作用及对催化燃烧性能的影响.     

Pt-Ce掺杂对Cu/Al2O3催化剂结构及性能的影响及其用于苯催化氧化的研究

通过添加Pt-Ce作为助剂,对Al2O3担载的Cu催化剂进行修饰,制备负载型催化剂用于苯的催化氧化。利用XRD,N2吸附和H2-TPR等手段对载体和催化剂的织构-结构、活性组分的分散、还原性能及活性组分之间的相互作用进行了表征和分析。结果表明:添加Pt与Ce有利于提高CuO颗粒在Al2O3表面上的分散度,使其晶粒变小,从而改善了催化剂的性能。部分活性组分进入到Al2O3孔道中,在孔中及表面均形成了活性氧化物种。添加微量的Pt(0.1%(质量分数))及Ce可明显提高Cu/Al2O3催化剂的氧化活性,其中0.1%Pt/10%CuCe(12∶1)/Al2O3在250℃下就能完全催化氧化苯,表现出最佳的催化活性,可与贵金属催化剂(通常负载量在0.3%～2.0%)的活性相媲美。催化剂的高活性主要是在于活性组分在Al2O3表面的高分散以及PtOx,CuO和CeO2之间的相互作用。     

粘土孔结构及添加铈对于催化剂上苯吸附-脱附-催化氧化性能的影响

采用3种不同孔结构的粘土材料,即Na型-蒙脱土(Na-mmt)、Al柱撑粘土(Al-PILC)和AlCe复合柱撑粘土(AlCe-PILC),以上述材料为载体,负载Mn和MnCe作为易挥发有机物(VOC)苯的氧化催化剂。利用N2吸附、程序升温还原(TPR)和程序升温表面反应(TPSR)等手段对催化剂的织构-结构、氧化-还原和吸附-脱附等性能进行了表征和分析。结果表明对于具有高比表面积和大孔径的改性粘土材料,添加适量的Ce有利于催化剂对低浓度苯的吸附,吸附量显著增加、脱附温度提高,上述条件都有利于对低浓度苯的深度氧化。同时,这一研究结果对改善"吸附-催化"一体化的低温吸附、高温脱附及氧化性能有极其重要的意义。     

铈改性的铝柱撑粘土负载锰氧化物用于氯苯催化降解的研究

通过高温高压法,利用高压釜装置一步合成Al-交联剂,通过离子交换法制备大比表面积、大孔径的Al柱撑粘土(Al-PILC)。研究了稀土铈改性的Al-PILC负载锰氧化物用于氯苯的催化降解的活性。表征结果表明:柱撑后得到的Al-PILC,其比表面积和孔体积达到182.3m2·g-1和0.121 cm3·g-1,远大于原土的2.81 m2·g-1和0.00786 cm3·g-1。Al-PILC的层间距由原土的1.18增大到1.79 nm。活性数据表明:柱撑改性后的Al-PILC负载锰催化剂的活性远大于Na-mmt的,并且添加稀土Ce有利于改善催化剂的氧化性能,进而提高催化剂的活性。10%Mn-6%Ce/Al-PILC催化剂在330℃左右就能催化降解低浓度的氯苯,无Cl2二次污染产生,并且表现出最佳的稳定性。     

添加铈对锰基催化剂的织构-结构及其氧化还原性能的影响

考察了添加稀土Ce对Mn/γ-Al2O3催化剂的织构-结构、表面活性组分的分布及氧化还原性能的影响,以催化燃烧易挥发有机污染物(VOCs)苯为探针反应研究了Ce对Mn基催化剂催化性能的影响。采用传统的浸渍法制备了系列催化剂,利用粉末X射线衍射(XRD),N2吸脱附程序升温还原(TPR)等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明,添加稀土使Mn基催化剂比表面积、孔体积减小,说明部分Ce进入孔道中,形成了更多的氧化还原活性位,并且进一步研究得知,适量Ce的添加可以促进催化剂活性位的自组装,达到理想的催化氧化性能。添加Ce后,催化剂的活性组分中高价Mn的含量明显增加,这些都有利于提高催化剂的氧化性能。活性实验结果表明,添加适量Ce优化了催化剂的织构-结构、表面活性组分及氧化还原性能,因此催化剂的活性和稳定性明显提高,其中以MnCe为1∶1时,活性最佳,280℃左右就能完全转化苯。     

AlMn复合柱撑粘土负载CrCe催化剂用于氯苯催化降解性能初探

利用高温高压一步法合成系列Al Mn-复合柱化剂,该方法的步骤、物料消耗等较传统制备方法均大大减少,可大大降低生产成本及减少对环境的污染。通过离子交换合成系列Al Mn复合柱撑粘土(Al Mn-PILC)。改变Al/Mn摩尔比、老化温度、老化时间,可调控Al Mn-复合柱化剂的结构,从而影响Al Mn-PILC的结构性能(包括比表面积、孔体积、孔径、层间距等)。通过XRD,N2吸附,高分辨电镜及程序升温还原等实验对材料的结构及性能进行了表征。结果表明:经550℃焙烧4 h后,Al Mn-PILC的比表面积和孔体积可达174.2~246.7 m2·g-1和0.126~0.158 cm3·g-1,层间距可达1.85 nm。经柱撑改性合成的Al Mn-PILC,其负载Cr Ce催化剂对氯苯的催化降解性能远高于原土(Nammt)和单核Al-PILC的,尤其以Cr Ce(9∶1)/Al Mn-PILC的催化活性最佳,在250℃时可完全降解低浓度的氯苯,是一类性能优异的用于有机物催化降解的多孔材料。