介孔金屬氧化物MOx(M=Cr，F(xiàn)e，Co，Sm，Eu)制備及物化性質(zhì)研究.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸和房屋裝修中會排放出大量揮發(fā)性有機溶劑，如芳烴類、醇類、酯類、酮類等。大多數(shù)揮發(fā)性有機物(VOCs)污染大氣環(huán)境和危害人身健康。因此，嚴格控制VOCs的排放備受關(guān)注。在消除VOCs的諸多方法中，催化氧化法是被公認的最有效的途徑之一，而催化劑是實現(xiàn)該過程的關(guān)鍵。盡管貴金屬催化劑的低溫活性很好，但是其昂貴的價格限制了其廣泛應(yīng)用。體相賤金屬氧化物及其復(fù)合氧化物對于VOCs氧化顯示出良好的催化性能，但其較低的比表面積和缺乏發(fā)達

2、的孔結(jié)構(gòu)，使得這類材料的低溫催化活性受到影響。因此，研發(fā)具有高比表面積和發(fā)達孔結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物催化劑有著重要的理論價值和實用價值。研究表明，氧化鉻、氧化鐵和氧化鈷等過渡金屬氧化物對VOCs氧化顯示良好催化活性。為了進一步改善其催化性能，本文研究了介孔氧化鉻、介孔氧化鐵和介孔氧化鈷的模板制備方法，采用氮氣吸脫附(BET)、X射線粉末衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、紫外可見(UV-vis)及傅立葉紅外(FT-IR)光度法、透

3、射電鏡(TEM)、熱重分析(TGA)、程序升溫還原(TPR)等技術(shù)表征了這些介孔材料的物化性質(zhì)，并評價了其對典型VOCs（如甲苯、甲醛、甲醇、丙酮和乙酸乙酯）氧化的催化活性。此外，本文還進行了介孔氧化釤和介孔氧化銪的合成與表征研究工作。研究結(jié)果主要體現(xiàn)在以下四個方面：
　　 1、以三維有序介孔二氧化硅(KIT-6)為硬模板，采用無溶劑熱法和超聲輔助法制備了有序介孔氧化鉻。結(jié)果表明，所得氧化鉻具有高比表面積(106～124m2/g

4、)、三維有序介孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的低溫還原性能、多種氧化態(tài)鉻共存和豐富的表面氧物種。由無溶劑熱法在自壓釜中于240℃恒溫處理所制備的介孔氧化鉻（meso-Cr-240）對甲苯和乙酸乙酯氧化(空速=20000mL/(gh)，甲苯或乙酸乙酯濃度=1000ppm）的催化活性最好，轉(zhuǎn)化率為90％時的溫度分別是234℃和190℃，表觀活化能分別為79.8kJ/mol和51.9kJ/mol。而由超聲輔助法在400℃灼燒所得的介孔氧化鉻(meso-CR-4

5、00)對甲醛、丙酮和甲醇氧化(空速=30000mL/(gh),VOC濃度=500ppm）的催化活性最好，轉(zhuǎn)化率為90％時的溫度分別為117℃、124℃和130℃，對應(yīng)的表觀活化能為45.6kJ/mol、49.7kJ/mol和50.8kJ/mol。
　　 2、分別采用以KIT-6為硬模板的真空浸漬法和檸檬酸(CA)輔助熱分解法制備了三維有序介孔氧化鐵和蟲孔狀介孔氧化鐵。結(jié)果表明，灼燒溫度為400℃時所得三維有序介孔氧化鐵(Fe-K

6、IT6-400)和蟲孔狀介孔氧化鐵(Fe-CA-400)的比表面積最高，且分別為113m2/g和165m2/g。Fe-CA-400具有最好的低溫還原性和最高的表面氧濃度。當(dāng)空速為20000mL/(gh)時，丙酮和甲醇在Fe-CA-400上轉(zhuǎn)化率為90％時的溫度分別低至186℃和189℃，表觀活化能分別為70.7和60.9kJ/mol。
　　 3、分別以介孔硅KIT-6和SBA-16為硬模板，采用真空浸漬法制備了三維有序介孔氧化鈷

7、（Co-KIT6和Co-SBA16）。結(jié)果表明，所得氧化鈷的孔結(jié)構(gòu)與模板的孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，兩者的比表面積分別為121m2/g和118m2/g，都具有優(yōu)異的低溫還原性能和豐富的表面氧物種，當(dāng)空速=30000mL/(gh)，VOC濃度=1000ppm時，Co-KIT6的催化活性比Co-SBA16的催化活性略好。甲苯和甲醇在Co-KIT6上轉(zhuǎn)化率為90％時的溫度分別是190℃和139℃，表觀活化能分別為59.9和50.1kJ/mol。
　　

8、 4、以硝酸釤和硝酸銪為金屬源，分別采用表面活性劑輔助的溶膠-凝膠法和超聲輔助的硬模板法合成出納米和介孔氧化釤和氧化銪。結(jié)果表明，以十二烷基硫酸鈉為表面活性劑所得產(chǎn)物為類球狀體Sm2O3和Eu2O3納米粒子，比表面積為44～49m2/g;以聚乙烯吡咯烷酮為表面活性劑所得產(chǎn)物為棒狀Sm2O3和Eu2O3納米粒子，比表面積為34～37m2/g。由超聲輔助的以KIT-6為硬模板的方法制得了有序介孔Sm2O3和Eu2O3，比表面積高達134～