论文部分内容阅读
随着现代工业的发展,大气污染问题逐渐得到人们的重视。近年来典型的无机污染物CO和有机物甲苯的含量在空气中呈现出明显的递增趋势,这些污染物的存在在很大程度上影响着人们的健康和生活环境,所以对CO、甲苯的消除很有意义。CO和甲苯的去除主要包括物理法和化学法。物理法对于CO的去除来说具有诸多弊端,因此,消除CO不适用。针对本课题研究的工业有机废气气量大、浓度低的特点,甲苯适用于吸附法。化学方法中的催化还原法目前仅停留于实验室研究阶段,因此当需要消除大量存在的低浓度CO和甲苯时,最佳方法应为催化氧化法。而无论采用何种方法,吸附剂和催化剂的选择是非常关键的。近年来金属有机骨架材料因为具有比表面积大、结构可调、性能稳定等特点受到极大关注。过渡金属中的金属锰,具有来源广、制备简单、价格低廉、性能稳定等特点而在催化剂领域拥有着良好的应用前景。而且锰具有多种价态而具有较广泛的应用,容易形成氧化还原电子对,能够在催化反应中起到很好的催化作用。以Mn-MOFs为前驱体通过反转制备MnOx可以使得催化剂能保留MOFs的特点而在催化反应中取得较好的效果。因此,本论文选取Mn-MIL-100作为模板来获得MnOx催化剂,在不同温度区域系统的研究了MnOx催化剂上CO氧化的活性物种;此外,我们还调控合成了不同形貌的Mn-MOFs,并研究了不同形貌Mn-MOFs吸附剂在甲苯吸附反应中的作用。1.选取Mn-MIL-100作为模板,在低温区（200 oC-350 oC）活化制备Mn基催化剂。结果显示,低温区Mn-MIL-100前驱体出现了一种结晶态—无定型—结晶态的转变过程,预处理温度低于250 oC时催化剂为具有Mn-MIL-100结构的无定型催化剂（a-Mn-250）,显示出较小的比表面积（4m2/g）,但显示出高的催化活性。此外,a-Mn-250的结构在反应过程中不稳定,在高温反应气氛下,无定型催化剂（命名为a-Mn-250-S）转化为Mn2O3。同时,其比表面积（164 m2/g）和催化性能均急剧上升,此时催化剂在120 oC即可将CO完全转化,催化效果由于目前文献中报道的同类型催化剂,催化活性的提高归因于丰富的表面活性氧物种,氧空位和良好的低温还原性能。2.选取Mn-MIL-100作为模板,在高温区（550 oC-800 oC）煅烧得到了多孔Mn2O3催化剂。采用X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）,H2-温度程序还原（H2-TPR）和X射线光电子能谱（XPS）等对Mn2O3催化剂的结构进行分析。结果发现煅烧温度对Mn2O3催化剂的结构和催化活性影响较大。在700 oC下煅烧得到的Mn2O3催化剂（Mn2O3-700）表现出较小的比表面积,但表现出高的催化活性和优异的稳定性,CO完全转化温度(T98)为240oC,这归因于其独特的结构,丰富的表面活性氧物种,较小的颗粒尺寸,氧空位和良好的低温还原性能。此外,还考察了水对催化剂结构及活性的影响,研究发现水蒸气能够优化催化剂的结构,从而提高催化活性。3.通过调控实验方法及实验变量,采用水热法制备出了几种不同形貌的Mn-MOFs吸附剂并寻找出甲苯吸附效果最佳的。结果表明,球状吸附剂的甲苯吸附效果最好,吸附量高达185.2mg/g且具有较好的循环稳定性。经研究发现,中微孔复合结构是较理想的吸附材料,中孔有利于分子的扩散,而微孔有利于分子的吸附,微孔量越大,吸附性能越好。