锰基催化剂的制备及对邻二甲苯深度催化氧化的研究

发布时间：2017-09-02 12:09

  本文关键词：锰基催化剂的制备及对邻二甲苯深度催化氧化的研究

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【摘要】：苯(Benzene)、甲苯(Toluene)和二甲苯(Xylene)等苯系物作为重要的化学原料和良好的有机溶剂在医药、化工及建筑装饰材料等工业化生产中被广泛使用,这类VOCs经排放进入环境后严重危害环境和人类健康。在众多VOCs治理方法中,催化燃烧技术被认为是目前最具有发展前景的一种VOCs治理方法。本论文以邻二甲苯(o-xylene)为目标污染物,研制出一系列经过改进过后的低温高活性催化剂。实验结果如下:(1)以丙醛、银氨溶液和高锰酸钾溶液为原料,其中,高锰酸钾与银氨溶液为氧化剂,丙醛为还原剂。采用同步氧化还原法,即丙醛将Ag+还原得到Ag0,同时丙醛与KMn O4发生氧化还原反应,得到II型氧化锰八面体分子筛(OMS-2),它们复合得到银锰复合物2Ag-OMS-2-0.05-400。催化活性测试结果显示2Ag-OMS-2-0.05-400在180℃时就能将邻二甲苯(o-xylene)完全催化氧化为CO2和H2O。为了对比,采用浸渍法制备了催化剂2Ag+-OMS-2。XRD结果显示,掺银前后,锰氧化物均为OMS-2的晶型(JCDPS-00-020-0908)。但是不同的是浸渍法得到的复合物中出现了Ag2O的特征吸收峰,而2Ag-OMS-2-0.05-400并没有出现Ag的衍射峰,说明银高度分散在OMS-2晶格中。由BET数据可看出,同步氧化还原法制备的催化剂的比表面积较OMS-2增大。这可能由于银进入OMS-2晶格中,增大了Mn-O-Mn之间的的距离。XPS测试结果显示,2Ag-OMS-2-0.05-400中含有丰富的表面氧。2Ag-OMS-2-0.05-400中同时存在Ag0与Ag+。而2Ag+-OMS-2只有Ag+存在。H2-TPR与O2-TPD的结果显示2Ag-OMS-2-0.05-400的还原峰与脱附峰的温度最低,再一次证明通过同步反应法制备的催化剂具有较强的催化氧化能力。(2)为了对同步反应制备方法做进一步的研究,将添加银的量、银氨溶液的浓度和焙烧温度进行改变,结果发现,当银锰摩尔比为2:100、银氨溶液的浓度为0.05%、焙烧温度为400℃时,银高度分散到OMS-2的晶格中,能有效的活化晶格氧,明显提高催化剂的催化性能。在180℃就能将邻二甲苯完全催化氧化。(3)以高锰酸钾(KMn O4)为氧化剂,醋酸锰(Mn(Ac)2)为还原剂,p H=8的条件下制备得到羟基或水含量少的高活性催化剂。但是,此催化剂的比表面积比较小。为了增大它的表面积,在反应体系中分别加入表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、油酸钠(SO)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB))。得到大比表面积的疏水α-Mn O2。并从表面活性剂的种类、添加表面活性剂的顺序以及添加表面活性剂的量等方面进行研究。XRD结果显示加入表面活性剂后与未添加之前的晶型均为α-Mn O2。BET测试结果显示,加入表面活性剂后,催化剂的比表面积增大。SEM结果显示,添加表面活性剂后,α-Mn O2的形貌由纳米颗粒转化为蓬松的纳米丝。当SDBS的加入量为0.15mmol时,所得的催化剂比表面积最大。并且该催化剂保持了原体系中羟基或水含量少的结构特点。它在190℃时将邻二甲苯(o-xylene)完全转化为二氧化碳和水。本论文得到国家自然科学基金(No.21147004)、河北省自然科学基金(No.B2013205100)和河北师范大学重点基金(No.L2010Z06)与河北师范大学学术科技创新项目(CG2013329355与CG20141212203448)的资助。
【关键词】：银锰复合物 邻二甲苯 催化燃烧 表面活性剂
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X701;O621.251
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 空气中苯系污染物的危害现状10
• 1.2 苯系污染物(BTXs)的治理技术10-12
• 1.2.1 源控制10
• 1.2.2 后处理10-12
• 1.2.3 完全催化氧化治理方法12
• 1.3 催化剂体系12-13
• 1.3.1 贵金属催化剂12
• 1.3.2 金属氧化物催化剂12-13
• 1.4 本论文的选题意义及研究内容13-15
• 1.4.1 本论文的选题意义13
• 1.4.2 本论文的研究内容13-14
• 1.4.3 本论文的创新点14-15
• 第二章 催化剂的制备及表征方法15-22
• 2.1 引言15
• 2.2 实验药品及仪器15-17
• 2.3 催化剂的制备17-19
• 2.3.1 实验一17-18
• 2.3.2 实验二18-19
• 2.4 催化剂的催化活性测试19-20
• 2.5 催化剂的表征20-22
• 2.5.1 X-射线衍射(XRD)20
• 2.5.2 比表面积(BET)20
• 2.5.3 热重分析(TG)20-21
• 2.5.4 X-射线光电子能谱(XPS)21
• 2.5.5 冷场发射扫描电子显微镜(SEM与EDX)21
• 2.5.6 透射电子显微镜(TEM)21
• 2.5.7 氢气程序升温还原(H2-TPR)21
• 2.5.8 氧气程序升温脱附(O2-TPD)21-22
• 第三章 同步氧化还原法制备银锰复合物及其催化活性的研究22-36
• 3.1 引言22
• 3.2 结果与讨论22-34
• 3.2.1 制备方法对催化剂催化活性和结构的影响22-34
• 3.3 结论34-36
• 第四章 对同步氧化还原法制备银锰复合物的深入研究36-53
• 4.1 引言36
• 4.2 结果与讨论36-52
• 4.2.1 银量对催化剂催化活性和结构的影响36-42
• 4.2.2 银氨溶液的浓度对催化剂催化活性和结构的影响42-48
• 4.2.3 焙烧温度对催化剂催化活性和结构的影响48-52
• 4.3 结论52-53
• 第五章 表面活性剂对疏水性 α-Mn O2催化剂的改进53-73
• 5.1 引言53
• 5.2 结果与讨论53-71
• 5.2.1 不同表面活性剂对催化剂催化活性和结构的影响53-61
• 5.2.2 SDBS的不同混合顺序对催化剂催化活性和结构的影响61-66
• 5.2.3 表面活性剂的用量对催化剂催化活性和结构的影响66-71
• 5.3 结论71-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-81
• 攻读学位期间取得的科研成果清单81-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：778450