类水滑石衍生复合氧化物上邻氯苯酚催化氧化性能研究

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催化氧化技术是挥发性有机污染物VOCs排放控制的主流技术之一,具有操作温度低、氧化效率高、适用范围广等优点,已在VOCs排放重点行业和典型污染源排放治理中广泛应用。催化氧化技术的核心关键是催化材料的研制,由于VOCs种类众多和性质各异,开发与VOCs种类和性质相匹配的催化材料成为近年的研究热点。本论文针对含氯有机污染物催化氧化,以邻氯苯酚为目标污染物,重点研究催化材料上邻氯苯酚的催化降解性能和稳定性。论文采用共沉淀法合成不同金属离子掺杂的类水滑石前驱物,经进一步焙烧获得衍生复合氧化物催化材料,考察复合氧化物上邻氯苯酚的催化氧化性能,采用XRD、N2吸脱附、H2-TPR、O2-TPD和NH3-TPD等表征技术手段揭示催化材料的结构性能特征及影响其和催化氧化性能的构效关系,得到的主要结果和规律性认识如下:  1.M3AlO(M=Mg, Co, Ni,Cu,Ca)系列催化剂  采用共沉淀法制备了系列类水滑石前驱物M3Al-HT(M=Mg,Ca,Cu,Co,Ni),除Cu、Ca外,其它金属均能形成水滑石层状结构并在类水滑石前驱物中良好分散。不同的二价金属元素对邻氯苯酚的催化氧化性能影响不同,其中Co3AlO催化剂表现出最高的催化氧化活性,其T10%和T90%分别为188℃和241℃,催化剂高活性的主要原因可归属于催化剂表面大量的活性氧物种及较高的还原性能。  2.Co3-xNixAlO(x=0,0.5,1,1.5,2,2.5,3)系列催化剂  采用共沉淀法制备了系列Co3-xNixAl-HT类水滑石材料,所有前驱物材料均具有水滑石层状结构,Co和Ni均能在类水滑石体系中均匀分散。550℃焙烧得到的类水滑石衍生复合氧化物Co3-xNixAlO具有较小的晶粒尺寸和较高的比表面积,分别为3.6~11.3nm和82.1~212.2m2· g-1。随着Ni取代量的增加,Co3-xNixAlO复合氧化物表面结构缺陷(氧空位)增多,提高了材料吸附和活化氧的能力,且提高了催化材料的可还原性。Co2NiAlO催化剂显示出最好的催化活性,T10%和T90%分别为188℃和241℃;但其稳定性较差,在275℃,连续反应720min后,转化率降低到70%;主要是由于Cl中毒引起的。  3.Co2MAlO(M=Ni,Mg,Ca,Cu)系列催化剂  采用共沉淀法制备了系列类水滑石前驱物Co2MAl-HT(M=Mg,Ca, Cu,Ni),不同二价金属取代Co后,所制备的前驱物材料均能形成水滑石层状结构并在类水滑石前驱物中良好分散。Co2MgAlO催化剂表现出高的催化氧化活性,T10%和T90%的温度分别136℃和167℃,主要是由于其较高的低温氧化还原性能及较多的表面活性氧物种。Co2MgAlO表现出较高的邻氯苯酚催化降解稳定性(275℃条件下反应720min未见明显失活),主要是由于其较强的Cl物种的移除能力。
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