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为了在相关研究仍较少的以苯乙烯为模型反应物的VOCs污染治理领域中,筛选出一种高效廉价且稳定持久的催化剂,本文利用溶胶-凝胶法制备了LaMnO3、La0.9Ce0.1MnO3、LaMn0.6Cu0.4O3与La0.9Ce0.1Mn0.6Cu0.4O3等四种钙钛矿型催化剂,通过连续3轮循环催化实验与12h耐久性实验,并结合XRD、BET、SEM、XPS、H2-TPR、O2-TPD、TGA、TG-GC-MS与碳平衡分析等表征与检测手段,主要考察A位和/或B位掺杂对钙钛矿型催化剂催化活性、催化稳定性与耐久性造成的影响。
A位掺杂铈(Ce)后,La0.9Ce0.1MnO3催化剂的的催化活性、催化稳定性与耐久性均进一步增强,T10由299℃下降至285℃,T90由356℃下降至328℃,CO2转化率由84.68%上升至88.03%,催化剂表面虽仍有微量苯乙烯残留或发生聚合,但并无积碳形成。同时,其晶相结构、表面形貌、比表面积、Mn4+/Mn3+值、Oβ与Oα含量、低温氧化还原性等物理化学性质在多轮催化实验中均能维持相对稳定。
B位掺杂铜(Cu)后,LaMn0.6Cu0.4O3催化剂活性极大提升,T10下降至259℃,T90下降至307℃,CO2转化率上升至94.36%,催化剂表面既无积碳形成,也无苯乙烯残留或聚合。但催化剂的比表面积、Oβ含量下降,钙钛矿晶相由正交晶体转变为斜方六面体。此外,经过多轮催化后,催化剂晶相转变回正交晶体,表面的CuO杂质被还原成单质Cu,低温氧化还原能力相对降低。因此,B位掺杂虽能极大提升钙钛矿型催化剂的催化活性,但对稳定性的提升作用相对有限。
在A、B位同时进行掺杂后,La0.9Ce0.1Mn0.6Cu0.4O3催化剂的催化活性得到了最大提升,T10下降至252℃,T90下降至304℃,CO2转化率高达97.93%。此外,La0.9Ce0.1Mn0.6Cu0.4O3催化剂各项物理化学性质在多轮催化过程中均最为稳定,其表面的CeO2与CuO也基本维持原状。故而La0.9Ce0.1Mn0.6Cu0.4O3是La1-xCexMn1-yCuyO3(x=0,0.1;y=0,0.4)催化剂中催化活性最好、深度氧化能力最强、催化稳定性最优的最佳催化剂。
A位掺杂铈(Ce)后,La0.9Ce0.1MnO3催化剂的的催化活性、催化稳定性与耐久性均进一步增强,T10由299℃下降至285℃,T90由356℃下降至328℃,CO2转化率由84.68%上升至88.03%,催化剂表面虽仍有微量苯乙烯残留或发生聚合,但并无积碳形成。同时,其晶相结构、表面形貌、比表面积、Mn4+/Mn3+值、Oβ与Oα含量、低温氧化还原性等物理化学性质在多轮催化实验中均能维持相对稳定。
B位掺杂铜(Cu)后,LaMn0.6Cu0.4O3催化剂活性极大提升,T10下降至259℃,T90下降至307℃,CO2转化率上升至94.36%,催化剂表面既无积碳形成,也无苯乙烯残留或聚合。但催化剂的比表面积、Oβ含量下降,钙钛矿晶相由正交晶体转变为斜方六面体。此外,经过多轮催化后,催化剂晶相转变回正交晶体,表面的CuO杂质被还原成单质Cu,低温氧化还原能力相对降低。因此,B位掺杂虽能极大提升钙钛矿型催化剂的催化活性,但对稳定性的提升作用相对有限。
在A、B位同时进行掺杂后,La0.9Ce0.1Mn0.6Cu0.4O3催化剂的催化活性得到了最大提升,T10下降至252℃,T90下降至304℃,CO2转化率高达97.93%。此外,La0.9Ce0.1Mn0.6Cu0.4O3催化剂各项物理化学性质在多轮催化过程中均最为稳定,其表面的CeO2与CuO也基本维持原状。故而La0.9Ce0.1Mn0.6Cu0.4O3是La1-xCexMn1-yCuyO3(x=0,0.1;y=0,0.4)催化剂中催化活性最好、深度氧化能力最强、催化稳定性最优的最佳催化剂。