制備方法影響Pt-MOx催化劑的CO和VOCs氧化性能研究.pdf

1、易揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile organic compounds，簡(jiǎn)稱VOCs）及CO是大氣污染物的主要來(lái)源，是PM2.5及霧霾的重要影響因素。催化氧化法是被認(rèn)為是消除VOCs及CO最有效、最具有前景的方法。催化氧化法的核心技術(shù)為催化劑的研究，由于負(fù)載型Pt催化劑具有低溫催化活性高，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，備受人們的關(guān)注。貴金屬Pt催化劑催化氧化CO和VOCs的性能，受多種因素的影響，其主要有三個(gè)方面，即載體金屬氧化物及Pt物種、Pt顆粒大

2、小和Pt顆粒及載體間的相互作用。這些因素均與催化劑的制備方法密切相關(guān)。本文采用KBH4還原法、Pt有機(jī)金屬分解法、H2PtCl6氣相氫氣還原法和H2PtCl6液相氫氣還原法等四種不同的方法，制備了一系列的Pt/MOx(MOx為各種載體)催化劑，用于CO及VOCs等的催化完全氧化反應(yīng)。采用X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、氫氣程序升溫還原(H2-TPR)、N2吸附-脫附(BET)及透射電子顯微鏡(TEM)等手段對(duì)所制備的催

3、化劑進(jìn)行了系統(tǒng)的表征，研究不同方法制備獲得Pt納米顆粒在載體表面的不同形貌，并影響CO及VOCs催化完全氧化的內(nèi)在規(guī)律。具體研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　采用了上述四種不同的制備方法，制備了Pt/MOx催化劑(MOx=TiO2、CeO2、ZrO2、Al2O3和C等)，并對(duì)其進(jìn)行CO氧化性能測(cè)試。發(fā)現(xiàn)催化劑選用可還原性載體(TiO2、CeO2)時(shí)其氧化活性比惰性載體（Al2O3、ZrO2、C）要高，其中以TiO2為載體效果最佳。這主要是

4、因?yàn)榭蛇€原性載體會(huì)參與反應(yīng)被CO還原而形成氧空位，增加了載體的吸附氧能力。在反應(yīng)空速為60000mL·g-1·h-1，CO進(jìn)料濃度為20000ppm時(shí)，KBH4還原法、Pt有金屬分解法、H2PtCl6氣相氫氣還原法和H2PtCl6液相氫氣還原法制備的四種Pt/TiO2催化劑，其對(duì)CO完全氧化的點(diǎn)燃溫度分別為103、127、115和180℃。然后考察了進(jìn)料濃度、進(jìn)料空速等因素對(duì)反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)低濃度低空速有利于反應(yīng)的進(jìn)行。
　　由于

5、TiO2為載體表現(xiàn)出優(yōu)良的催化活性，所以深入研究Pt/TiO2催化劑對(duì)VOCs的催化氧化性能。主要以甲苯、乙酸乙酯和丙酮作為VOCs氧化的探針?lè)磻?yīng)，在空速為60000mL·g-1·h-1，進(jìn)料濃度為1000ppm時(shí)，KBH4還原法、Pt有金屬分解法、H2PtCl6氣相氫氣還原法和H2PtCl6液相氫氣還原法制備的四種Pt/TiO2催化劑分別在130、154、180和243℃時(shí)可將甲苯完全氧化，在218、230、245和268℃時(shí)可將乙酸

6、乙酯完全氧化，在138、145、165和187℃時(shí)可將丙酮完全氧化。同時(shí)考察了進(jìn)料濃度與進(jìn)料空速對(duì)反應(yīng)的影響。另外，經(jīng)過(guò)表征數(shù)據(jù)顯示，催化劑的失活主要是由于Pt顆粒團(tuán)聚。
　　對(duì)Pt/TiO2催化劑進(jìn)行了系統(tǒng)的表征。結(jié)果表明:①、KBH4還原法制備的Pt/TiO2催化劑在160℃左右時(shí)出現(xiàn)H2還原峰，具有良好的低溫還原性能;其表面的零價(jià)鉑Pt0顆粒含量為79.9％;顆粒的分散性非常好但其粒徑分布較寬，為2-5nm;催化劑的孔道結(jié)構(gòu)

7、受到一定程度的破壞;Pt顆粒與TiO2載體間有電子轉(zhuǎn)移，具有很強(qiáng)的相互作用力。②、Pt有金屬分解法制備的Pt/TiO2催化劑在170℃左右出現(xiàn)H2還原峰，具有較好的低溫還原性能;其表面的零價(jià)鉑Pt0顆粒含量為72.8％;顆粒分散性非常好且其粒徑分布窄，僅為3nm;催化劑的孔道結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有受到破壞;Pt顆粒與載體間作用力較弱。③、H2PtCl6氣相氫氣還原法制備得到的Pt/TiO2催化劑在245℃左右出現(xiàn)H2還原峰，其低溫還原性能較差;其

8、表面的零價(jià)鉑Pt0顆粒含量為75.9％;顆粒分散性較差，出現(xiàn)了團(tuán)聚現(xiàn)象;催化劑的孔道結(jié)構(gòu)受到一定程度的破壞;Pt顆粒與載體間有電子轉(zhuǎn)移，具有較強(qiáng)的相互作用力。④、H2PtCl6液相氫氣還原法制備得到的Pt/TiO2催化劑在160℃左右時(shí)出現(xiàn)H2還原峰，具有有良好的低溫還原性能;其表面的零價(jià)鉑Pt0顆粒含量?jī)H為52.8％;顆粒的分散性較好;催化劑的孔道結(jié)構(gòu)完整;Pt顆粒與載體間相互作用力較弱。
　　結(jié)合表征分析結(jié)果，綜合各催化劑催化

9、CO及VOCs的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)KBH4還原法制備得到的Pt/TiO2催化劑對(duì)CO及VOCs具有最好的催化活性。這主要是因?yàn)樵摯呋瘎┚哂懈玫氐蜏剡€原性能;其次，CO活性吸附位點(diǎn)零價(jià)鉑(Pt0)含量最多;第三，部分被還原的TiO2不僅形成了氧空位(Vo)，出現(xiàn)了新的活性位點(diǎn)Pt-Vo-Ti3+，促進(jìn)了催化劑對(duì)O2的吸附能力，且部分被還原的TiO2載體具有更多的晶格缺陷，有利于結(jié)構(gòu)敏感型的CO氧化反應(yīng);第四，Pt納米顆粒分散于載體表面及孔道