負載型凹凸棒石催化劑催化氧化揮發(fā)性有機污染物.pdf

1、VOCs(Volatile Organic Compounds)是很多工業(yè)過程中排放的主要氣體污染物之一，催化氧化可將VOCs在較低的溫度下轉化為無害的CO2和H2O，是最有前景的處理方法之一。但高活性和長壽命催化劑的缺乏、典型污染物催化氧化過程機理的不明確等問題制約了催化氧化技術的工業(yè)應用。針對以上問題本研究以甲苯和甲醛作為目標污染物，采用預處理后的凹凸棒石(Palygorskite，簡稱:PG)為催化劑載體，負載金屬氧化物、尖晶石型

2、氧化物、鈣鈦礦型氧化物為催化劑，進行了甲苯和甲醛的催化氧化過程研究且對催化劑制備過程進行了優(yōu)化:并進一步對優(yōu)選后催化劑的催化氧化動力學機理進行了剖析。
　　 研究首先對凹凸棒石載體進行了提純，提純后可以得到純度較高的凹凸棒石粘土，透射電鏡鏡檢和X射線衍射顯示無明顯雜質且凹凸棒石晶束得到了有效的分散。以提純后的凹凸棒石作為催化劑載體，用浸漬法、共沉淀法和機械混合法等方法負載了銅、錳金屬氧化物、尖晶石型氧化物、鈣鈦礦型氧化物等活性組

3、分;并通過XRD、BET、TEM、TPR、抗壓強度等手段對本文制備的一系列催化劑進行了表征;TEM結果表明用浸漬法和共沉淀法制備的催化劑活性組分以納米級顆粒均勻分散在凹凸棒石載體的表面，用機械混合法制備的鈣鈦礦型催化劑活性組分粒徑約為50～200nm。XRD結果顯示金屬氧化物以非晶體的形式負載在凹凸棒石載體的表面，催化劑經過不同溫度的煅燒在載體上有尖晶石型化合物與鈣鈦礦型化合物形成，這兩種化合物的形成對甲苯和甲醛的去除均有重要影響;抗壓

4、強度測定結果顯示共沉淀法制備的鈣鈦礦型催化劑顆粒強度＞16N，而機械混合法制備的鈣鈦礦型催化劑隨著活性組分負載量的增加抗壓強度呈減小趨勢，當負載量達到40％時，抗壓強度降為8.6N。
　　 用共沉淀法可使Cu和Mn氧化物在凹凸棒石表面形成納米結構的復合金屬氧化物催化劑，這種催化劑對甲苯有良好的催化氧化作用，助劑Ce的加入能促進銅錳尖晶石結構的形成并能提高甲苯的轉化率，通過實驗確定Ce/Cu=0.3且催化劑500℃煅燒后對甲苯的去

5、除率最高，6％CuMn2Ce0.3/PG-500在288℃時甲苯轉化率可以達到99％。用共沉淀法可制備納米結構的La1-xSrxMnO3/PG鈣鈦礦型催化劑，催化劑經過700℃煅燒后凹凸棒石載體出現(xiàn)非晶化現(xiàn)象而棒狀形貌依舊保持。摻雜量x=0～0.3和活性組分La1-xSrxMnO3負載量為3％～11％時隨著鍶摻雜量的增加和負載量的增加甲苯的轉化率隨之增高，9％La0.7Sr0.3MnO3/PG催化劑對甲苯完全轉化溫度(T99)為285.

6、3℃，繼續(xù)增加鍶摻雜量和負載量催化劑活性變化不明顯，另外應保持催化氧化反應體系中氧氣含量在5vol.％以上以維持反應系統(tǒng)所需的氧氣量。在9％La0.7Sr0.3MnO3/PG催化劑的100h穩(wěn)定性實驗中，甲苯轉化率保持在95％以上且較為穩(wěn)定。用機械混合法制備的La1-xSrxMnO3/PG活性組分以微米級別分散于PG表面，當x=0.3時30％La0.7Sr0.3MnO3/PG催化劑甲苯完全轉化溫度(T99)為302.7℃，高于共沉淀法制

7、備的催化劑約17℃。
　　 尖晶石型6％CuMn2Ce0.3/PG-500催化劑和共沉淀法制備的鈣鈦礦型催化劑9％La0.7Sr0.3MnO3/PG催化氧化甲苯的動力學研究結果表明:簡單的級數(shù)動力學模型不適合描述甲苯催化氧化反應的動力學過程，而MarsandVanKrevelenModel(MVK)動力學模型適合描述甲苯催化氧化反應的動力學過程，甲苯在催化劑6％CuMn2Ce03/PG-500和9％La0.7Sr0.3MnO3/

8、PG上的催化氧化反應是基于氧化-還原機理進行的。甲苯在催化劑6％CuMn2Ce0.3/PG-500上的活化能（表面還原活化能17.26kJ/mol和表面氧化活化能23.62kJ/mol)小于催化劑9％La0.7Sr0.3MnO3/PG上的反應活化能(22.77kJ/mol和30.54kJ/mol)，證明了甲苯的氧化反應在6％CuMn2Ce0.3/PG-500催化劑上更容易發(fā)生。
　　 用Cu、Mn金屬氧化物和尖晶石型以及鈣鈦礦催