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完全催化氧化技术具有操作温度低、氧化效率高、适用范围广等优点,已成为消除工业源排放挥发性有机污染物的主流技术之一。本论文采用不同方法制备得到了不同结构和性能的介孔、微孔-介孔催化材料,并以之作为活性组分载体,得到了系列高性能催化材料。通过XRD,TRR/TPO/TPD,N2 adsorption/desorption,FT-IR,XPS,SEM/TEM/HRTEM,NMR等表征技术手段,表征和考察了催化材料的结构特征和影响催化剂性能的主要因素,并研究了代表性催化材料上多组分VOCs的反应过程和反应动力学。主要结论如下:
1.研究了材料的结构和物化性质(ZSM-5,Beta,MCM-41,MCM-48和Pd/SBA-15)对催化剂氧化性能的影响。Pd/ZSM-5和Pd/SBA-15具有良好的催化活性和稳定性。Pd/Beta和Pd/MCM-41的稳定性较差,原因可分别归因于催化剂积碳和水热稳定性差。载体的酸性和结构性质与催化剂活性密切相关。对氧化硅介孔材料进行Ti改性能够向载体中引入酸性位,可提高催化活性,且催化剂焙烧时间和焙烧温度都会对催化剂活性产生影响。
2.选择性嫁接法能够较好地控制Pd粒子在氧化硅载体上的位置和分散,制得高催化性能的催化剂。活性组分前驱体溶液对活性相分散有显著影响,采用N,N二甲基甲酰胺时得到的催化剂具有最佳的Pd粒子分散度。
3.通过控制实验条件,制得了高比表面积、高微孔率的复合型氧化硅催化材料,且材料的比表面积和微孔率可调。此外,采用两步晶化法和原位生长法制得了ZSM-5/MCM-48微孔-介孔复合分子筛材料,通过改变实验条件,能够对材料的微孔/介孔比例、孔结构、酸性等性质进行调变,得到活性和稳定性更高的催化剂。
4.研究了Pd/ZSM-5催化剂上苯、甲苯和乙酸乙酯的催化氧化过程及动力学规律。结果表明污染物间存在较强的混合效应,芳烃之间存在较强的抑制作用,乙酸乙酯对苯的氧化有抑制作用,而对甲苯的氧化有一定的促进作用。Mars-vanKrevelen动力学模型能够较好地描述不同VOCs的催化氧化行为。