銅、鐵柱撐海泡石性質(zhì)及催化性能的研究.pdf

1、柱撐粘土(PILCs, pillared intercalated layered clay),因?qū)娱g可插入不同金屬氧化物而具有較強的表面酸性和較大的比表面積,是一種潛在的對NOx具有良好選擇催化還原性能的環(huán)境修復(fù)凈化材料。柱撐粘土的研究目前主要集中于鋁、鈦、鋯金屬氧化物柱撐蒙脫石等方面,研究其制備方法,以及其作為吸附材料和催化劑載體的應(yīng)用。用Fe、Cu等儲量較豐富的金屬做柱撐材料的研究相對較少,特別是用柱撐技術(shù)來改善海泡石性能的研究就

2、更少。大多數(shù)柱撐粘土的研究重點在于對粘土結(jié)構(gòu)(孔結(jié)構(gòu)、比表面積等)的改善,考察是否更有利于用作吸附劑和催化載體,而對柱撐可能使載體本身具有催化活性并沒有給予足夠的關(guān)注。 本文通過酸改性和鈉離子交換改性,改善海泡石的孔徑分布和陽離子交換性能(CEC);采用對NOx具有催化活性的過渡金屬-銅和鐵為柱化劑,制備柱撐海泡石,用于富氧條件下,NOx選擇催化還原反應(yīng)；同時制備含稀土元素鈰或釤的柱撐海泡石,用于CO催化氧化反應(yīng),并利用BET、

3、SEM、TG、XRF、XRD、XPS等現(xiàn)代表征手段研究改性海泡石、柱撐海泡石的結(jié)構(gòu)特性和催化特性。 研究結(jié)果表明： 1、酸改性海泡石比表面積由原礦的90.755m2·g-1增至158.0 m2·g-1,中孔比率增加：片層的締合方式發(fā)生變化,針狀結(jié)構(gòu)明顯減少；但陽離子交換性能較差(CEC=14.40 mmol/100g)。鈉化海泡石比表面積減小到55.731 m2·g-1,仍存在針狀和纖維束狀的集合體；陽離子交換能力明顯增

4、強,Na2CO3為鈉源的鈉化海泡石的CEC值最高,為26.4 mmol/100g。 2、鐵、銅鐵柱撐酸改性海泡石顯示較大的比表面積和微孔表面積(最大值為167.04m2·g-1和58.357 m2·g-1);鐵柱撐酸改性海泡石呈現(xiàn)明顯的層狀結(jié)構(gòu),形成直徑約為12μm的顆粒,顆粒間較分散；柱撐后熱穩(wěn)定性明顯提高。 3、鐵、銅鐵柱撐鈉基海泡石比表面積和微孔表面積增加顯著,其中鐵柱撐鈉基海泡石比表面積和微孔表面積達(dá)到101.5

5、5 m2·g-1和4.962 m2·g-1,孔徑以20-50nm的介孔為主,依然存在團聚現(xiàn)象；柱撐后熱穩(wěn)定性提高。 4、鐵柱撐鈉基海泡石在活性評價溫度范圍(250℃-450℃)內(nèi)顯示較好的活性,NOx轉(zhuǎn)化率在393℃達(dá)最大值28.95％。銅鐵復(fù)合柱撐鈉基海泡石,銅含量高于10％時,催化活性高于單獨鐵柱撐樣品,銅含量為15％,NOx轉(zhuǎn)化率在450℃達(dá)最大值33.4％。 5、鐵柱撐酸改性海泡石在活性評價溫度范圍內(nèi)最大轉(zhuǎn)化率均

6、低于10％。銅鐵復(fù)合柱撐酸改性海泡石活性略高于鐵柱撐樣品。XRD表征說明鐵以高度分散的狀態(tài)存在。XPS表征說明,Fe以Fe2O3和Fe3O4形式存在。 6、含稀土元素Ce或Sm的柱撐海泡石與未含Ce或Sm的柱撐海泡石相比顯示更好的催化氧化CO的性能。XPS表征結(jié)果顯示,摻雜稀土元素Ce或Sm后,柱撐海泡石中Cu2p或Fc2p3電子結(jié)合能都略有增加,說明稀土元素Ce或Sm的存在使Cu或Fe外層電子密度減小,內(nèi)層電子結(jié)合能增大,從而