不同形貌MnOx-CeO2催化劑的制備及其催化燃燒氯苯的性能研究.pdf

1、含氯揮發(fā)性有機(jī)化合物(CVOCs)是在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種高毒性、持久性的空氣污染物。所以，開發(fā)可行的處理CVOCs技術(shù)是亟需解決的問題。到目前為止，催化燃燒法以其操作溫度低效率高等特點(diǎn)，已經(jīng)是人們消除 CVOCs的首選技術(shù)之一。在眾多催化劑中，MnOx催化劑由于其高氧化還原能力及無毒等優(yōu)點(diǎn)而成為催化燃燒CVOCs的研究熱點(diǎn)。此外，負(fù)載型的MnOx催化劑，尤其是MnOx/CeO2催化劑在催化燃燒CVOCs時顯示出優(yōu)異的催化性能。因此

2、，載體的性質(zhì)會使錳基催化劑的催化性能產(chǎn)生很大的變化。而CeO2作為一種載體，它的形貌對催化性能影響很大。因此，結(jié)合CeO2優(yōu)良的儲釋氧功能與MnOx高活性且無毒等特點(diǎn)，以不同形貌的CeO2作為載體負(fù)載 MnOx研究其催化燃燒CVOCs的性能將有重要意義。本文做的工作主要有：
　　1.采用水熱法合成了CeO2納米棒及納米立方體，共沉淀法合成CeO2納米顆粒載體，并用等體積浸漬法合成了不同形貌的CeO2負(fù)載的MnOx/CeO2催化劑。

3、然后以氯苯作為探針，考察不同形貌的MnOx/CeO2催化劑的催化性能。結(jié)果表明，三種形貌的MnOx/CeO2催化劑在低溫范圍內(nèi)均具有較高的催化活性和較高的抗氯苯中毒能力，且活性順序?yàn)?MnOx/CeO2納米立方體>MnOx/CeO2納米顆粒>MnOx/CeO2納米棒。不同形貌的MnOx/CeO2催化劑在催化氧化氯苯時，其催化活性表現(xiàn)出差異性的原因是：不同形貌的MnOx/CeO2催化劑暴露的(100)晶面的比例不同，從而造成 MnOx和載

4、體CeO2間的相互作用強(qiáng)弱、氧空位及表面吸附氧的含量不同，這些因素都會造成不同形貌的MnOx/CeO2催化劑的催化活性不同。
　　2.選取催化燃燒氯苯活性最佳的MnOx/CeO2納米立方體催化劑為研究對象，制備了一系列不同MnOx負(fù)載量的MnOx/CeO2催化劑，來研究Mn的含量對MnOx/CeO2納米立方體催化劑的催化性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)MnOx的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11％時，催化劑表現(xiàn)出最優(yōu)的催化活性。當(dāng)MnOx負(fù)載量大于11％時，催化

5、劑上的部分活性位會遭到覆蓋，從而致使催化劑催化活性逐漸降低。相反，當(dāng)負(fù)載量小于11％，由于沒有足夠的活性位而使催化活性下降。
　　3.采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法探究了MnOx在MnOx/CeO2納米立方體催化劑中的作用機(jī)理。DFT理論研究表明，相比于CeO2(100)面，MnOx/CeO2(100)面更容易形成氧空位，并且氯苯分子更容易吸附在 MnOx/CeO2(100)催化劑上。MnOx在MnOx/CeO2上的作用機(jī)理為：MnO

6、x/CeO2(100)上Ce-O鍵上的O更容易離開催化劑的表面而與氯苯形成 C-O鍵，這樣氯苯就更容易被分解為 COx，氯苯轉(zhuǎn)化為 COx的轉(zhuǎn)化率就高。實(shí)驗(yàn)研究表明，MnOx/CeO2(100)上有更多的氧空位及MnOx與載體CeO2(100)間的強(qiáng)相互作用使MnOx/CeO2(100)的催化活性明顯高于CeO2(100)。即通過實(shí)驗(yàn)和DFT計(jì)算可以表明MnOx在MnOx/CeO2納米立方體催化劑上的重要作用，用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法來