Pt-CuMnCeOx/堇青石蜂窝催化剂制备及微波催化燃烧VOCs特性研究

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挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs),危害着环境和人体健康,近年来引起越来越多的关注。微波催化燃烧技术是治理VOCs的一种新兴治理技术,微波加热的方式有效规避了电加热能耗大、传热不均等问题。微波催化燃烧技术的关键是制备氧化活性高、性能稳定、吸波性能优良的催化剂。催化燃烧技术所采用的催化剂分为过渡金属氧化物催化剂和贵金属催化剂,过渡金属氧化物催化剂经济性良好,但其低温活性较差、氧化苯环类难降解物质效率较低,贵金属催化剂催化活性高但价格高昂。目前已有研究证实将贵金属与过渡金属氧化物复合可提高催化剂活性,因此本论文将过渡金属氧化物Cu Mn Ce Ox(CMC)与少量贵金属Pt复合制备催化剂以探究其对VOCs的催化活性。论文采用等体积浸渍法制备了蜂窝状堇青石负载贵金属Pt(含量为0.01%)与CMC复合的Pt-CMC/堇青石催化剂,并选取了印刷包装废气中两种代表性的VOCs--甲苯和乙酸乙酯为目标污染物,在微波照射下对目标物进行不同条件下的催化燃烧试验研究并考察催化剂稳定性,SEM、BET、XRD和TPR等表征基础上探究催化剂活性变化的原因。论文试验研究基础上,得出如下研究成果:(1)贵金属Pt的复合提高了活性组分颗粒的分散性和粒径尺寸,增强了催化剂在微波作用下的热点效应和吸波升温性能;Pt的复合使催化剂生成了新的微孔和介孔结构,增加了催化剂的比表面积,从而有利于目标物的吸附活化。(2)Pt-CMC/堇青石催化剂和CMC/堇青石催化剂对甲苯和乙酸乙酯的去除效率随着微波功率的增大而增大,但功率越高,两种催化剂活性之间的差异越小;微波功率40w时两种催化剂间差异最为明显,双组分废气中甲苯和乙酸乙酯的降解效率分别提高了16%和11%,总VOCs去除率提高了近15%。(3)Pt复合后,甲苯和乙酸乙酯去除率均有提升,但对甲苯去除效率的提升高于乙酸乙酯,其原因推测为贵金属Pt对苯环中C-H键的吸附活化能力强,促进了CMC/堇青石催化剂对甲苯的氧化降解。(4)Pt-CMC/堇青石催化剂稳定性良好,微波功率70w条件下进行连续7次的微波催化燃烧双组分VOCs试验,结果显示其对甲苯和乙酸乙酯的去除效率均为100%,总VOCs去除率保持在96%以上。论文研究证实,Pt复合催化剂具有良好的VOCs催化活性,其良好的稳定性和高的总VOCs去除率为复合催化剂的实际工程化应用奠定了理论研究基础。
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