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近年来,随着地球人口迅速增加,工业化程度逐步加深,因人类生活生产排放出来的有害气体也越来越多,大气污染问题早已不可忽视。因为气体的流动扩散效应,大气污染问题不是简单的局部问题,而是全球性的复杂问题,这已经引起世界各国的普遍关注。在众多的气体污染物中,VOCs(挥发性有机物)是主要的来源之一。该类有机物大多具有一定的毒性,并伴有恶臭等刺激性气味,有些物质还具有致癌的隐患。这些易挥发性有机废气不仅对环境造成严重污染,而且危害人体健康,所以必须要对其进行净化处理达标后才能排放。
目前常用的污染物控制技术较多,其中催化燃烧法被大多数学者推崇。该法是利用催化剂的催化效果降低污染物的氧化反应难度,加速反应进程。其核心在于优良催化剂的研发。在不同类型的催化剂中,稀土元素构成的钙钛矿型催化剂具有一定的研发潜力。本文以LaMnO3钙钛矿为基础,通过离子掺杂,酸刻蚀和尿素改性的手段进行催化剂的调控改性。取得结果如下:
(1)La1-xCexMnO3系列催化剂中采用传统的溶胶凝胶法合成的LaMnO3具有完整的晶相结构,根据XRD可以发现,当Ce离子的取代量达到0.2时,La0.8Ce0.2MnO3催化剂中已经有CeO2生成。随着取代量的增加,钙钛矿相逐渐减少,CeO2相逐渐增加,催化剂的SEM形貌由棉絮状转变为致密片状。La1-xCexMnO3系列催化剂中,La0.8Ce0.2MnO3催化剂催化氧化甲苯的活性最佳。该样品催化甲苯达到50%转化率对应的温度为245℃,90%转化率对应的温度为265℃。表征分析少量Ce离子取代La离子可以增大催化剂比表面积、提升表面Mn4+离子和氧含量,从而提升催化甲苯的能力。
(2)采用不同浓度硝酸刻蚀处理的La0.8Ce0.2MnO3催化剂中,当硝酸浓度达到10M时,MnO2/La0.8Ce0.2MnO3催化剂表现出最好的催化氧化活性。该样品催化甲苯达到50%转化率对应的温度为237℃,90%转化率对应的温度为255℃。硝酸浓度过高会破坏钙钛矿的晶体结构。表征显示一定浓度硝酸刻蚀后催化剂的比表面积增加、还原性增强,La离子被部分移除,催化剂表面暴露出更多的MnO2,增加了表面Mn4+离子和氧含量,有利于催化活性的提升。
(3)不同尿素添加量的样品中催化剂的催化活性从高到低依次排序(化学计量比尿素∶柠檬酸)为2∶1>1∶1>4∶1>0.5∶1>0∶1。相比于未添加尿素进行改性的LaMnO3催化剂,添加尿素的四种催化剂无论尿素添加的比例大小都体现出催化活性的提升效果,这主要得益于比表面积的增加。(化学计量比尿素∶柠檬酸)为2∶1的样品具有最佳的催化活性,催化甲苯达到50%转化率对应的温度为216℃,90%转化率对应的温度为230℃,活性提升主要与比表面积增大和低温还原性加强有关。
目前常用的污染物控制技术较多,其中催化燃烧法被大多数学者推崇。该法是利用催化剂的催化效果降低污染物的氧化反应难度,加速反应进程。其核心在于优良催化剂的研发。在不同类型的催化剂中,稀土元素构成的钙钛矿型催化剂具有一定的研发潜力。本文以LaMnO3钙钛矿为基础,通过离子掺杂,酸刻蚀和尿素改性的手段进行催化剂的调控改性。取得结果如下:
(1)La1-xCexMnO3系列催化剂中采用传统的溶胶凝胶法合成的LaMnO3具有完整的晶相结构,根据XRD可以发现,当Ce离子的取代量达到0.2时,La0.8Ce0.2MnO3催化剂中已经有CeO2生成。随着取代量的增加,钙钛矿相逐渐减少,CeO2相逐渐增加,催化剂的SEM形貌由棉絮状转变为致密片状。La1-xCexMnO3系列催化剂中,La0.8Ce0.2MnO3催化剂催化氧化甲苯的活性最佳。该样品催化甲苯达到50%转化率对应的温度为245℃,90%转化率对应的温度为265℃。表征分析少量Ce离子取代La离子可以增大催化剂比表面积、提升表面Mn4+离子和氧含量,从而提升催化甲苯的能力。
(2)采用不同浓度硝酸刻蚀处理的La0.8Ce0.2MnO3催化剂中,当硝酸浓度达到10M时,MnO2/La0.8Ce0.2MnO3催化剂表现出最好的催化氧化活性。该样品催化甲苯达到50%转化率对应的温度为237℃,90%转化率对应的温度为255℃。硝酸浓度过高会破坏钙钛矿的晶体结构。表征显示一定浓度硝酸刻蚀后催化剂的比表面积增加、还原性增强,La离子被部分移除,催化剂表面暴露出更多的MnO2,增加了表面Mn4+离子和氧含量,有利于催化活性的提升。
(3)不同尿素添加量的样品中催化剂的催化活性从高到低依次排序(化学计量比尿素∶柠檬酸)为2∶1>1∶1>4∶1>0.5∶1>0∶1。相比于未添加尿素进行改性的LaMnO3催化剂,添加尿素的四种催化剂无论尿素添加的比例大小都体现出催化活性的提升效果,这主要得益于比表面积的增加。(化学计量比尿素∶柠檬酸)为2∶1的样品具有最佳的催化活性,催化甲苯达到50%转化率对应的温度为216℃,90%转化率对应的温度为230℃,活性提升主要与比表面积增大和低温还原性加强有关。