OMS0-2负载贵金属催化剂及酸化海泡石负载Cu-稀土催化剂的制备及其催化性质研究

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氧化锰八面体分子筛(OMS-2,manganese oxide octahedral molecular sieves),具有多孔结构。海泡石在结构上与传统载体,如:分子筛,具有相似性,它们是一种对污染气体非常有效的环境净化材料。  为进一步提高其催化氧化性能,本论文采用金属离子改性OMS-2和海泡石。目前对于负载型催化剂的研究主要在于金属离子改性后载体的结构变化,对改性后催化剂的催化氧化性能研究较少。  本文主要分为两部分内容。第一部分是负载型OMS-2催化剂的研究。首先对载体OMS-2制备方法进行了筛选,然后系统地研究了贵金属(Au,Pt,Pd)改性OMS-2,分别采用前掺杂法、浸渍法和沉积.沉淀法制备负载型OMS-2,结合XRD和H2-TPR等表征手段,研究其结构及对CO和甲苯的催化氧化性能。主要研究内容和结果如下:  使用回流法,缓冲溶液法,H2O2氧化法及溶胶凝胶法(PVP)四种方法制备了OMS-2催化剂,并研究了其对CO和甲苯催化氧化性能。研究表明,缓冲溶液法所制备OMS-2在四种方法所制的催化剂中,具有最高的催化氧化CO和甲苯活性,这可能与其具有最高的氧化还原性能有关。  对于Au/OMS-2催化剂系列研究表明,不同Au负载方法未影响OMS-2载体的晶型结构,但制备方法对负载型OMS-2催化剂中Au颗粒大小和存在状态有明显影响,其中沉积沉淀法制备Au/OMS-2-DP中Au颗粒最小。H2-TPR结果表明,除Au/OMS-2-IM外,其余负载型催化剂的还原温度均向低温方向偏移,表明金属的负载有利于提高催化剂的活性。Au/OMS-2催化剂系列催化氧化性能结果表明,其对CO和甲苯的催化性能排序相同:Au/OMS-2-DP>Au/OMS-2-QI>OMS-2>Au/OMS-2-IM。不同方法制备的Au/OMS-2催化剂催化活性的差别,可能主要由于制备方法不同导致Au颗粒的大小及Au活性位数量不同影响其氧化还原性能。Au/OMS-2-DP活性最好,是因为具有较小的Au颗粒且均匀分布在OMS-2载体表面上,Au/OMS-2-IM活性最差,是因为该法制备的催化剂中Au颗粒最大,且分布不均匀;  对于Pt/OMS-2催化剂系列研究表明,不同的Pt负载方法未影响OMS-2载体的晶型结构,但制备方法明显负载型OMS-2催化剂的氧化还原性能,其中沉积沉淀制备Pt/OMS-2-DP具有最高的氧化还原性能。Pt/OMS-2催化剂对CO气体的催化性能顺序为Pt/OMS-2-DP>Pt/OMS-2-QI>OMS-2>Pt/OMS-2-IM;对甲苯的催化性能优劣顺序为Pt/OMS-2-DP>Pt/OMS-2-QI>Pt/OMS-2-IM>OMS-2。对两种气体的催化性能不完全一致,可能是因为反应机理不同;  对于Pd/OMS-2催化剂系列研究表明,不同的Pd负载方法未影响OMS-2载体的晶型结构,但制备方法对负载型OMS-2催化剂中Pd的颗粒大小和存在状态有明显影响,其中沉积沉淀法制备Pd/OMS-2-DP中Pd的颗粒最小,H2-TPR结果表明,沉积沉淀制备的Pd/OMS-2-DP具有最高的氧化还原性能。Pd/OMS-2催化剂对CO和甲苯气体的催化性能优劣顺序相同:Pd/OMS-2-DP>Pd/OMS-2-IM>Pd/OMS-2-QI>OMS-2。这与H2-TPR谱图中Pd/OMS-2催化剂还原难易程度排列结果一致。  第二部分是负载型海泡石催化剂的研究。首先将海泡石酸改性后(H-Sep),以浸渍法制备了酸化海泡石负载Cu催化剂(Cu/H-Sep),铜的负载量为15 wt%。再以浸渍法将稀土金属(REOx,RE=La,Ce,Pr,Sm)作为助剂负载到Cu/H-Sep上,稀土金属的负载量为4 wt%。通过X射线衍射仪(XRD)、N2-等温吸附/脱附、X射线光电子能谱仪(XPS)、H2-程序升温还原(TPR)等技术对样品进行表征。并通过C3H6选择性催化还原NO反应进行催化剂的评价。结果表明REOx的负载提高了Cu/H-Sep对C3H6选择性催化还原NO的活性。在所有RE-Cu/H-Sep样品中,Ce-Cu/H-Sep的催化活性最好,在300℃时NO的转化率达到了62%。Ce-Cu/H-Sep对C3H6选择性催化还原NO反应良好的催化性能可能与其优良的低温还原性及铜氧化物的分布和金属与载体之间强烈的相互作用等相关。  本文较全面地研究了不同金属负载于OMS-2和海泡石的制备及其催化特性。引入金属,可有效地改善了载体的催化性能。采用不同的制备方法,掺杂不同的金属,对催化剂的结构及活性都有一定的影响。这为开发新型催化剂积累了素材,为其实际应用提供理论基础。
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