论文部分内容阅读
挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）是大气污染物的主要来源，其中苯系物是VOCs的代表性气体，研究发展消除苯系物的技术将对VOCs的去除具有重要的指导意义。目前，最有效的消除VOCs的方法是深度催化氧化法，其能将VOCs充分转化为无污染的CO2和H2O，并在催化氧化多组分、低浓度的VOCs方面更显示出良好的催化性能。负载型贵金属催化剂，在催化氧化VOCs气体方面表现出很高的催化效率，被认为是消除VOCs最有效的催化剂。因此，研究负载型贵金属催化剂的性能，对其催化机理进行探讨，具有非常重要的现实意义。CO是一种常见的大气污染物，主要源于含碳物质的不完全燃烧。CO的催化氧化反应是催化研究中的基础课题，对于CO的研究，有助于进一步探讨催化机理。CO自身的催化氧化，也为消除大气污染气体做出重要贡献。为了进一步研究和讨论负载贵金属催化剂的催化性能，本文进行了以下研究并根据实验结果得出结论。通过前掺杂法（QI），浸渍法（IM）和沉积-沉淀法（DP）三种方法制备了一系列OMS-2负载Au和Pt催化剂，采用沉积-沉淀法在不同条件下制备了-MnO2负载Au催化剂。利用X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附（BET）、透射电子显微镜（TEM)、X射线光电子能谱（XPS）、氢气程序升温还原（H2-TPR）等技术表征了其物化性质，评价了负载型OMS-2催化剂对CO及-MnO2对苯和甲苯的催化氧化反应的活性，得到了以下主要研究结论：（1）三种方法制备的催化剂中，沉积-沉淀法制备的Au/OMS-2-DP催化剂活性明显高于前掺杂法和浸渍法制备的催化剂，这与Au/OMS-2-DP催化剂比表面积较大和负载Au颗粒较小有关。进一步研究表明，制备条件（沉淀剂种类、制备溶液pH、Au负载量和催化剂焙烧温度）明显影响Au/OMS-2-DP催化剂的催化活性。对于各种不同的沉淀剂，以KOH为沉淀剂制备的催化剂活性最高，这可能与其无钝化作用，而且形成的Au颗粒较小有关；制备溶液的pH以9为最佳，当pH过高或过低时，容易导致Au颗粒的聚集和Au沉淀量减少；XRD结果表明，当Au负载量为5wt%和催化剂焙烧为300℃时，所制备的催化剂颗粒最小，所得的催化剂活性最高。通过本研究筛选的最佳条件制备的Au/OMS-2-DP催化剂活性较好，CO完全转化（100%）的温度仅为67℃。（2）沉积-沉淀法制备的Pt/OMS-2-DP催化剂活性最好（T100=100℃）。这与Pt/OMS-2-DP催化剂中Pt颗粒大小及OMS-2载体与Pt之间存在强相互作用有关。Pt负载量明显影响Pt/OMS-2-DP催化剂的催化活性，3Pt/OMS-2-DP催化剂（Pt=3.0wt%）催化活性最高，这是由于适当的Pt负载量时，负载的Pt颗粒较小，并与载体OMS-2的相互作用较强，能较好地活化OMS-2晶格氧。pH值对Pt/OMS-2-DP催化剂催化性能影响较大，这与OMS-2的等电点和Pt在不同溶液中存在不同Pt配位体形式有关。（3）沉积-沉淀法制备了-MnO2负载Au催化剂xAu/-MnO2（x=1.0wt%~7.0wt%）。XRD结果表明，负载Au对-MnO2载体结构影响不大，但对其晶粒大小和比表面积略有影响。随Au含量的增加，-MnO2结晶度增强，颗粒增大，Au颗粒明显增大。XPS结果表明，随着Au负载量的增加，xAu/-MnO2的晶格氧（O2-）、Mn4+和Au3+的浓度在增加。H2-TPR结果表明，由于贵金属的溢氢作用，Au明显促进xAu/-MnO2还原能力，其中3Au/-MnO2还原性能最强。负载Au的量明显影响xAu/-MnO2的催化性能，xAu/-MnO2的催化性能与Au的颗粒分散性、低温还原性能及表面氧物种密切相关，其中3Au/-MnO2显示出最佳活性，其催化氧化苯和甲苯的T100分别为280℃和250℃。