论文部分内容阅读
挥发性有机化合物VOCs是一类重要的大气污染物,为使废气达标排放,催化燃烧是处理VOCs的有效方法之一。催化燃烧技术自问世以来,由于其反应温度较低(只需300℃左右),与非催化燃烧相比(反应温度为600～800℃),它的能耗小,甚至在有些情况下,达到起燃温度后,无需外界供热,还能回收净化后废气的热量;并且脱除率高达95%以上,NOx生成量少,基本上不会产生二次污染,继而成为目前最有前景的VOCs销毁方法之一。在催化燃烧技术中催化剂是关键,其性能的优劣对销毁效率和能耗有着决定性的影响,因此研发出高活性和高稳定性的低温挥发性有机物催化剂在我国乃至世界具有重要的经济和实际意义。本研究基于铜锰类催化剂对VOCs的催化燃烧进行,以气相色谱为检测手段,用催化燃烧装置考察催化剂对VOCs (甲苯)的催化活性。1)采用浸渍法、共沉淀法、反相微乳法制备了含铜锰类复合氧化物催化剂:CuMn/TiO2(浸渍法), CuMn/γ-Al2O3(浸渍法), Cu-Mn复合氧化物(共沉淀),纳米Cu-Mn复合氧化物(反相微乳法)。并对其催化活性进行了比较,研究发现采用反相微乳法制备的纳米Cu-Mn复合氧化物和采用浸渍法制备的CuMn/TiO2对甲苯的催化活性比传统的CuMn/γ-Al2O3和Cu-Mn复合氧化物活性都要好。综合考虑经济和实用意义,确定CuMn/TiO2为本课题深入研究的方向。2)采用浸渍法制备目标催化剂(CuMn/TiO2),考察了负载量、活性组分不同配比和焙烧温度对催化剂活性的影响。得出当CuMn总负载量为30%,活性组分的配比为Cu:Mn =1:2,焙烧温度为500℃时,催化剂的活性最高:T50和T95分别为190℃和215℃,相对于CuMn/γ-Al2O3和Cu-Mn复合氧化物的T50分别下降了20℃、30℃,T95分别下降了30℃、50℃左右。该催化活性在负载型非贵金属催化剂中已达到世界领先水平。运用X射线衍射技术(XRD)、比表面测定仪(BET)和程序升温还原(TPR)等方法对所制备的催化剂进行晶相结构、比表面积、氧化还原特性的测试,发现:CuMn/TiO2催化剂的比表面积较为适中,促使分散其上的氧化物能以较为合适的粒径存在,降低了活性组分和载体之间的交互作用并且生成了对深度氧化非常有利的CuMn2O4,使催化剂的活性得到很大的提高。3)研究发现,TiO2载体自身有一定催化活性,γ-Al2O3则几乎没有活性,TiO2与Cu、Mn的协同作用大大提高了CuMn/TiO2的催化活性。4)本工作在已有实验条件下对CuMn/TiO2进行挤条成型研究,研究发现:采用硅溶胶成型的催化剂,无论从挤出难易、催化剂强度和催化剂外观来看,都取得了最好的效果,但是其催化活性下降很大。而采用水作为粘合剂成型催化剂成型效果良好,相对于硅溶胶成型的催化剂而言,对甲苯催化活性得到了很大的提高。例如先制备催化剂粉料然后添加适量的水成型的CuMn/TiO2(钛白粉)的T50为215℃左右,T95为260℃;粘合剂水的最佳加入量为2.70ml/10g干催化剂,针对本催化剂选择物料的颗粒度在48～100μm比较合适。