α-、β-MnO2納米絲的制備及對(duì)鄰二甲苯深度催化氧化的研究.pdf

1、揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds,VOCs)在石油化工、烤漆、涂料、印刷、農(nóng)藥粘合劑、醫(yī)藥等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用,是空氣中最主要的污染物之一,苯系污染物是VOCs中的一種,這類污染物帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題以及給人類健康造成的隱患引起了社會(huì)各界廣泛的關(guān)注,因此,徹底消除苯系污染物已經(jīng)成為目前科學(xué)界研究的重點(diǎn)課題之一。深度催化氧化法可將中低濃度的苯系污染物完全轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水,是目前大氣污染治理中最有效和最有發(fā)展

2、前景的研究方法之一。本論文采用水熱法制備得到了系列α-MnO2和β-MnO2這類具有隧道結(jié)構(gòu)的錳氧化物作為催化劑,以鄰二甲苯作為目標(biāo)污染物,使用深度催化氧化法從鄰二甲苯的分解率和二氧化碳的產(chǎn)率兩個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)了上述系列催化劑的活性。實(shí)驗(yàn)中使用的表征技術(shù)有X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM),透射電鏡(TEM),比表面積測(cè)試儀(BET)等,對(duì)催化劑的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的研究。具體內(nèi)容概括如下:
　　 1、以高錳酸鉀(KMnO4

3、)和尿素(CO(NH2)2)為原料,采用水熱合成法,經(jīng)過(guò)一步反應(yīng)得到了α-MnO2納米絲,研究了反應(yīng)溫度,反應(yīng)時(shí)間,反應(yīng)物的摩爾比以及反應(yīng)物的濃度對(duì)產(chǎn)物物相和形貌的影響,得出α-MnO2納米絲的制備條件為:20mmolKMnO4和60mmolCO(NH2)2即,反應(yīng)物的濃度是KMnO4為0.25mol／L,CO(NH2)2為0.75mol／L,摩爾比為n(KMnO4):n(CO(NH2)2)=1:3,反應(yīng)溫度為120℃,反應(yīng)時(shí)間為12h

4、,得到的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌數(shù)次至中性,在80℃干燥12h即可。對(duì)α-MnO2納米絲的形成機(jī)理進(jìn)行了研究,并且提出了尿素水解產(chǎn)生的氣體對(duì)產(chǎn)物的構(gòu)型起到一定作用的新理論。
　　 2、采用高錳酸鉀(KMnO4)和草酸(H2C2O4·2H2O)為原料,通過(guò)間接水熱法合成MnO(OH)納米絲,焙燒后得到β—MnO2納米絲,具體反應(yīng)條件如下:20mmolKMnO4和36mmolH2C2O4·2H2O,即,n(KMnO4):n(H2C2O4.2

5、H2O)=1:1.8,首先在60℃的水浴中反應(yīng)30min,然后在150℃時(shí)反應(yīng)12h,經(jīng)洗滌干燥后得到中間產(chǎn)物MnO(OH)納米絲,在400℃焙燒5h后,得到最終產(chǎn)物β-MnO2納米絲,研究了反應(yīng)溫度,反應(yīng)時(shí)間以及反應(yīng)物的摩爾比對(duì)產(chǎn)物晶型和形貌的影響,得出了該納米絲形成的機(jī)理,并且進(jìn)一步證明了氣體的產(chǎn)生對(duì)形成納米絲的作用。本實(shí)驗(yàn)使用草酸這種有機(jī)酸作為還原劑和KMnO4反應(yīng)來(lái)制備二氧化錳是一種全新的嘗試,并且成功的得到了目標(biāo)產(chǎn)物。

6、　　 3、將制備的α-MnO2和β-MnO2作為催化劑,用于對(duì)鄰二甲苯的深度催化氧化,檢驗(yàn)了自制催化劑的活性,選出催化效果較好的產(chǎn)物通過(guò)添加堿金屬助劑,進(jìn)一步提高這些催化劑的活性,α-MnO2納米絲在添加了K之后可以使鄰二甲苯在230℃時(shí)就能夠被完全催化氧化成二氧化碳和水,比它自身的催化氧化溫度降低了10℃,而β-MnO2納米絲在添加了K之后可以使鄰二甲苯在200℃時(shí)就能夠被完全催化氧化成二氧化碳和水,比它自身的催化氧化溫度降低了20