低濃度CO和甲苯催化燃燒消除催化劑制備及反應(yīng)性能研究.pdf

1、石油化工企業(yè)的一些催化反應(yīng)過程的尾氣排放和機(jī)動(dòng)車的尾氣排放已引起了一系列的環(huán)境問題，對(duì)人類的健康造成了極大的危害，其中，CO和可揮發(fā)性有機(jī)廢氣(VOCs)是污染物之一。發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)來控制CO和VOCs的排放。催化燃燒技術(shù)對(duì)于改善燃燒過程，降低反應(yīng)溫度，抑制有毒有害物質(zhì)的形成等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，成為廢氣處理的重要手段。介孔材料SBA-15具有較大的比表面積、規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)，有望成為催化燃燒高效催化劑的新型載體。與傳統(tǒng)的

2、顆粒狀催化劑相比，整體式催化劑具有床層壓降低、反應(yīng)物徑向分布均勻和傳遞特性好等特點(diǎn)，對(duì)于具有較大空速和強(qiáng)吸熱、放熱的反應(yīng)具有很好的應(yīng)用前景。
　　 本文以低濃度CO和甲苯催化消除為研究對(duì)象，制備了多個(gè)系列的新型催化劑，研究了催化劑的結(jié)構(gòu)和性能。對(duì)于CO催化氧化反應(yīng)，以Cu、Ce為活性組分，SiO2和SBA-15為載體制備了CuxCe1-xO2-x/SiO2和CuxCe1-xO2-x/SBA-15負(fù)載型催化劑；同時(shí)以CuxCe1-

3、xO2-x/SBA-15為活性漿料，F(xiàn)eCrAl金屬薄片和堇青石蜂窩陶瓷為基體，制備了CuxCe1-xO2-x/SBA-15/FeCrAl和CuxCe1-xO2-x/SBA-15/堇青石新型整體式催化劑，評(píng)價(jià)了催化劑的性能，測(cè)定了催化劑的反應(yīng)活化能。對(duì)于甲苯催化燃燒消除，制備了 CuxCo1-x/SBA-15負(fù)載型催化劑和CuxCo1-x/Al2O3/FeCrAl、CuxCo1-x/Al2O3/堇青石新型整體式催化劑，評(píng)價(jià)了催化劑的性能

4、。并且利用XRD、N2-吸脫附、HRTEM、XPS、SEM和H2-TPR等表征手段，對(duì)所有催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，深入研究了催化劑的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下：
　　 在CuxCe1-xO2-x/SiO2系列催化劑中，25％Cu0.5Ce0.5O1.5/SiO2催化劑具有最好的CO催化氧化活性，當(dāng)空速為34,000h-1時(shí)，在169℃時(shí)CO可以完全氧化；對(duì)于Cu、Ce摩爾比為1:1的催化劑，當(dāng)Cu0.5Ce0.5O1.5

5、含量較低時(shí)，催化劑的物相主要是CuO-CeO2固溶體，含量比較大時(shí)還出現(xiàn)了CuO物相；對(duì)于不同Cu、Ce摩爾比的催化劑，Cu摩爾含量較高時(shí)主要是CuO物相，Cu摩爾含量較低時(shí)主要是CuO-CeO2固溶體和CeO2物相。
　　 在CuxCe1-xO2-x/SBA-15系列催化劑中，30％Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15催化劑活性最好，在48,000h-1空速下，在156℃時(shí)CO可以實(shí)現(xiàn)完全氧化，其活化能為70.6 kJ/

6、mol；對(duì)于Cu、Ce摩爾比為1:1的催化劑，當(dāng)Cu0.5Ce0.5O1.5含量≤10％時(shí)，催化劑的物相主要是CuO-CeO2固溶體，含量高時(shí)還出現(xiàn)了CuO物相；對(duì)于不同Cu、Ce摩爾比的催化劑，Cu摩爾含量比較高時(shí)，主要是CuO物相，Cu摩爾含量較低時(shí)主要是CuO-CeO2固溶體和CeO2物相。
　　 在CuxCe1-xO2x/SBA-15/FeCrAl整體式催化劑中，50％Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15/FeCr

7、Al催化劑表現(xiàn)出最好的活性，在空速為36,000ml/(g·h)時(shí)，在142℃時(shí)CO可以完全消除；當(dāng)Cu、Ce摩爾比例為1:1，Cu0.5Ce0.5O1.5含量≥40％時(shí)，整體式催化劑上可以測(cè)到CuO物相；50％Cu0.7Ce0.3O1.3/SBA-15/FeCrAl催化劑具有很好的穩(wěn)定性，在經(jīng)過1306h的穩(wěn)定性測(cè)試后，仍然表現(xiàn)出很好的CO催化氧化活性。
　　 在 CuxCe1-xO2-x/SBA-15/堇青石整體式催化劑中，

8、50％Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15/堇青石催化劑具有最好的催化活性，當(dāng)氣體空速為33,000ml/(g·h)時(shí)，CO可以在120℃完全轉(zhuǎn)化；當(dāng)Cu、Ce摩爾比例為1:1，Cu0.5Ce0.5O1.5含量≥40％時(shí)，整體式催化劑上可以測(cè)到CuO物相。
　　 在CuxCo1-x/SBA-15系列催化劑中，40％Cu0.25Co0.75/SBA-15催化劑活性最好，甲苯在285℃可完全轉(zhuǎn)化；結(jié)構(gòu)研究表明，催化劑仍然具有S

9、BA-15的介孔結(jié)構(gòu)，但其比表面積、孔容和孔徑相對(duì)于SBA-15都有所下降；催化劑中Cu含量較低時(shí)存在Cu-Co-O固溶體，Cu含量較高時(shí)會(huì)形成CuO物相。
　　 在CuxCo1-x/Al2O3/FeCrAl整體式催化劑中，Cu0.5Co0.5/Al2O3/FeCrAl具有最好的活性，在56,380ml/g·h空速下，可以在357℃完全燃燒消除甲苯。XPS結(jié)果表明，整體式催化劑表面同時(shí)存在著Co2+和Co3+，而Cu主要以Cu2