La-Cu-Mn复合金属氧化物的制备与催化性能研究

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采用改进的柠檬酸络合法制备了LaMn03中A、B位元素被铜离子部分取代的La1-XCuxMn03和LaCuXMn1-xO3两个系列催化剂体系;用机械混合、研磨焙烧的手段制备了不同HZSM-5含量的La0.8Cu0.2Mn03/HZSM-5催化剂体系。利用X射线粉末衍射、傅里叶红外光谱测定、扫描电镜等手段对催化剂样品体系进行了物相表征。结果发现,无论是A位La3+被二价铜离子部分取代,还是B位Mn3+被二价铜离子部分取代,所得到的催化剂体系都能保持钙钛矿型复合金属氧化物AB03的基本晶体结构,但是铜取代量的多少将影响到钙钛矿型特征衍射峰的强弱;同时随着铜取代量的增加,还会出现CuO、MnO2、La2O3等结晶相的衍射峰,从而形成多相共存的表面结构状态。利用连续流动固定床微型反应装置考察了无氧条件下,A、B位取代产物La1-xCuxMnO3和LaCuxMn1-xO3对无水乙醇的催化反应活性。通过检测发现,它们催化无水乙醇的所得产物中主要含有乙醛、正丁醛、正丁醇、甲氧基丙酮等几种重要的化工产品。催化反应进行的工艺条件不同,催化剂样品体系的催化活性不同。以主要产物正丁醛的选择性来评价催化剂的活性,对于A位取代催化剂产物La1-xCuxMnO3来说,La0.8Cu0.2MnO3的催化反应活性最好。当反应温度为500℃,气体空速为3184h-1时,催化剂活性最佳,对应着乙醇的转化率为47.53%,正丁醛的选择性为37.22%:对于B位取代催化剂样品体系LaCuxMn1-xO3来说,LaCu0.3Mn0.7O3的催化反应活性最好。当反应温度为500℃,气体空速为3500h-1时,催化剂活性最佳,对应着乙醇的转化率和正丁醛的选择性分别为55.18%、41.30%。将La0.8Cu0.2MnO3与不同含量的HZSM-5组合使用,发现乙醇的转化率明显增大,且正丁醛的选择性也增大。当反应温度为500℃、气体空速为3184h-1、HZSM-5含量为14%时,乙醇的转化率为60.42%,正丁醛的选择性为46.81%。
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