OMS-2深度催化氧化鄰二甲苯的研究.pdf

1、苯系污染物是最為常見的一類揮發(fā)性有機(jī)污染物(Volatile OrganicCompounds，VOCs)，會(huì)對人類和動(dòng)物的健康造成嚴(yán)重的傷害。催化氧化技術(shù)以低耗能，高效率，無二次污染，可廣泛使用等優(yōu)點(diǎn)，在治理苯系污染物中受到眾多科研工作者的關(guān)注。本文以常見的鄰二甲苯為目標(biāo)污染物，制備得到具有良好催化性能的氧化錳八面體分子篩(OMS-2)催化劑，并對其催化鄰二甲苯的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體內(nèi)容如下:
　　(1)以KMnO4為氧化劑，分別

2、以苯甲醇和Mn(NO3)2為還原劑，制備得到OMS-2催化劑（分別表示為B-OMS-2和N-OMS-2）?？疾炝诉€原劑對催化劑的結(jié)構(gòu)和催化氧化鄰二甲苯的性能的影響。SEM(Scanning Electron Microscope)分析表明，催化劑B-OMS-2呈現(xiàn)松散的立方體結(jié)構(gòu);XPS(X-ray PhotoelectronSpectroscopy)顯示B-OMS-2中幾乎包含100％的Mn4+;TGA(Thermogravimetr

3、icAnalysis)表明B-OMS-2中含有一些體相氧空位;FT-IR(Fourier Transform InfraredSpectoscopy)結(jié)果表明，在催化劑B-OMS-2中，苯甲醇可能吸附在MnO2的核上起到配體或結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用，與有機(jī)化合物的解吸作用共同導(dǎo)致了體相氧空位的形成。而XPS顯示催化劑N-OMS-2中Mn4+和Mn3+共同存在，且存在小的Mn3+-氧空位基團(tuán)?；钚詼y試結(jié)果表明，在空速為8000h-1時(shí)，B-OM

4、S-2可以在190℃時(shí)將鄰二甲苯完全氧化為CO2，比N-OMS-2的溫度低50℃。H2-TPR和O2-TPO結(jié)果表明，催化劑B-OMS-2具有良好的低溫氧化性和較強(qiáng)的與分子氧的交換能力，這可能是其催化性能較好的原因。在抗水蒸氣能力測試中，兩種催化劑鄰二甲苯轉(zhuǎn)化率均為80％時(shí)通入5％的水蒸氣，B-OMS-2的轉(zhuǎn)化率降低了39％，N-OMS-2降低了27％，但停止通入后，兩種催化劑的轉(zhuǎn)化率均恢復(fù)到了原來水平。催化劑的原位漫反射紅外光譜分析（

5、In situ DRIFTS）發(fā)現(xiàn)，兩種催化劑的催化氧化機(jī)理均符合MVK(Mars-van Krevelen)機(jī)制。催化劑B-OMS-2在晶格氧作用下120℃時(shí)可以氧化鄰二甲苯側(cè)鏈生成鄰苯二甲醇，比N-OMS-2的溫度低30℃。通入分子氧后，在50℃時(shí)將鄰二甲苯側(cè)鏈氧化至斷裂，120℃時(shí)活化苯環(huán)，生成小分子羧酸鹽和碳酸鹽，300℃時(shí)將碳酸鹽分解完全。而N-OMS-2在300℃時(shí)，中間產(chǎn)物并未被分解。上述結(jié)果表明，B-OMS-2具有更好的

6、催化性能。
　　(2)銀、銅摻雜的催化劑Ag-OMS-2和Cu-OMS-2均可以提高OMS-2的催化性能?；钚詼y試結(jié)果表明，催化劑Ag-OMS-2在190℃就可以將鄰二甲苯完全氧化，比OMS-2和Cu-OMS-2的溫度均低10℃;而催化劑Cu-OMS-2在T20(CO2產(chǎn)率為20％時(shí)的溫度)時(shí)的溫度為147℃，比OMS-2低了36℃，比Ag-OMS-2低了15℃。催化氧化反應(yīng)前后的XPS表征結(jié)果說明，在催化劑Ag-OMS-2中Ag

7、起著活性中心的作用，加速了活性氧物種的傳遞和循環(huán)，加快了整個(gè)催化氧化進(jìn)程;催化劑Cu-OMS-2中仍是MnO2為活性中心，但銅的摻入提高了分子氧在Cu2O上的吸附能力，促進(jìn)了MnO2/Mn2O3間的交換，有利于鄰二甲苯的催化氧化。在三種催化劑轉(zhuǎn)化率為80％時(shí)通入5％的水蒸氣，Ag-OMS-2和OMS-2的轉(zhuǎn)化率均降低了25％，Cu-OMS-2僅僅降低了6％，停止通入水蒸氣后，三種催化劑的轉(zhuǎn)化率都能恢復(fù)到80％。In-situ DRIFT

8、S結(jié)果說明，三種催化劑催化氧化的反應(yīng)機(jī)理都遵循MVK機(jī)制。催化劑Ag-OMS-2和Cu-OMS-2在晶格氧作用下，100℃時(shí)均能氧化鄰二甲苯側(cè)鏈生成鄰苯二甲醇，比OMS-2溫度低了20℃，但Ag-OMS-2在150℃時(shí)便能生成馬來酸鹽和碳酸鹽;通入分子氧后，Cu-OMS-2在80℃時(shí)便能氧化鄰二甲苯側(cè)鏈，120℃使苯環(huán)活化生成小分子羧酸鹽和碳酸鹽，比Ag-OMS-2的溫度低了20-30℃，但Ag-OMS-2在300℃時(shí)便可將鄰二甲苯氧化