制備SnO2催化新材料用于甲苯完全氧化的構(gòu)效關(guān)系研究.pdf

1、VOCs深度催化氧化在實(shí)際應(yīng)用和理論研究方面均有重要意義。如何制備低成本、高性能的VOCs氧化催化劑是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。本文針對(duì)甲苯的深度氧化，研究了具有高活性、高穩(wěn)定性SnO2催化劑的制備方法及其活性。并采用N2吸脫附、XRD、H2-TPR、SEM、XPS、TEM、ICP、NH3-TPD、Toluene-TPD等表征方法，探討了催化劑的結(jié)構(gòu)性能及對(duì)反應(yīng)性能的影響，取得了如下主要結(jié)果：
　　第一部分采用水熱法合成了不同比表面積的

2、SnO2催化劑，并用于甲苯深度氧化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SnO2-217催化劑在250 oC的反應(yīng)速率是SnO2-2催化劑的430倍。XRD和N2吸附脫附結(jié)果表明，水熱法制備的SnO2催化劑比表面積越大，結(jié)晶度就越低、顆粒尺寸越小、孔徑更小且孔容更大。從 H2-TPR和 XPS結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著催化劑比表面積增大，其表面松散吸附的活潑氧數(shù)量明顯增多，有利于甲苯深度氧化反應(yīng)的進(jìn)行。Toluene-TPD和NH3-TPD結(jié)果證明，SnO2催化劑對(duì)甲苯

3、分子的吸附能力，與催化劑表面酸性位點(diǎn)的數(shù)量成正比。當(dāng)負(fù)載1％Pd后，SnO2納米顆粒和 SnO2納米棒做載體的催化劑甲苯氧化的反應(yīng)行為明顯不同，分別遵循Mars-van Krevelen機(jī)理和Langmuir-Hinshelwood機(jī)理。HRTEM和STEM-mapping結(jié)果發(fā)現(xiàn)Pd在SnO2納米棒表面主要以0價(jià)Pd形式存在，而在SnO2納米顆粒表面則主要以+2價(jià)PdO形式存在，且在兩種載體表面Pd均分散得非常均勻。
　　第二部

4、分用水熱法制備了Al3+、In3+、Cr3+離子摻雜改良的SnO2納米棒催化劑。XRD和STEM-mapping測(cè)試結(jié)果證明Al3+、In3+、Cr3+離子可以摻雜進(jìn)SnO2納米棒的晶格中形成高結(jié)晶度、低比表面的均勻固溶體結(jié)構(gòu)。SEM結(jié)果顯示所有催化劑均為納米棒形貌，且納米棒聚集組裝成了三維球形花狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)HRTEM測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)純SnO2納米棒和Al3+離子改性SnO2納米棒優(yōu)先暴露SnO2的(101)晶面，而In3+和 Cr3+離子

5、改性 SnO2納米棒優(yōu)先暴露 SnO2的(110)晶面。這證明了即使在SnO2晶格摻雜很少量的Al3+、In3+、Cr3+離子，就可以改變SnO2晶體的生長(zhǎng)方向，進(jìn)而顯著影響 SnO2納米棒的結(jié)晶過(guò)程。O2-TPD結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其他金屬離子摻雜進(jìn)SnO2納米棒晶格中形成固溶體時(shí)，可以促進(jìn)生成更多的表面活潑氧物種。此外，NH3-TPD測(cè)試結(jié)果證明催化劑的表面酸性同樣可以通過(guò)其他金屬離子摻雜調(diào)變而提高，進(jìn)而促進(jìn)甲苯分子的吸附和活化。結(jié)果表明，