基于CO催化氧化的CuO-CeO2/UiO-66催化剂的设计合成及Cu-Ce构效关系探究

来源 :上海应用技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gy19890509
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近二十年来,基于MOF材料的多相催化剂引起了大量关注。在早期,MOF催化剂主要专注于精细化学品的合成。近几年,用于固-气相催化的MOF基催化剂也已经受到广泛研究。CuO-CeO2作为一种价格低廉且具有优越的储放氧及CO吸附能力的非贵金属催化剂,在低温催化CO氧化方面表现出良好的性能。本课题将一种高比表面积、高稳定性的Zr基MOF材料UiO-66作为载体,采用浸渍法负载传统CuO-CeO2复合催化剂组分,用于CO催化氧化研究。考察了Cu/Ce比(wt/wt)、Cu+Ce(wt%)负载量以及焙烧温度对催化剂活性的影响。最后,用浸渍法制备了一批低CuO负载量的CuO-CeO2催化剂,并考察500°C和800°C焙烧对催化剂结构和催化活性的影响。采用低温N2吸脱附、PXRD、XPS、H2-TPR、CO-TPD、TEM和in situ DRIFT等手段对以上催化剂进行表征,并对部分催化剂进行了动力学测试,研究了催化剂的构效关系及CuO-CeO2催化作用机理。具体研究成果如下:1.以UiO-66为载体,在Cu+Ce(wt%)负载量为30%的前提下,于250°C下焙烧制得一组不同Cu/Ce比的催化剂30-CCU-a/b。研究结果表明,Cu/Ce比在3:7时活性最佳。此时催化剂中CeO2颗粒在UiO-66的作用下均匀分布,且拥有最高含量的高分散CuO、Cu+和Ce3+。2.对Cu+Ce负载量的考察结果表明,随着Cu+Ce负载量的增加,催化剂的活性呈现递增趋势,在50 wt%时达到最佳。表征结果显示,随着Cu+Ce负载量的增加,活性物种的总含量在逐渐升高,而其比例却在逐渐降低。对催化剂的表观活化能测试结果显示,随着Cu+含量的升高,活化能逐渐降低。3.以20-CCU-3/7为研究对象,考察不同焙烧温度对催化剂性能的影响。结果表明,在600°C下焙烧的催化剂中CuO与CeO2的相互作用最强,具有最多的高分散CuO物种以及最好的催化活性。4.制备了一系列低CuO含量的CuO/CeO2催化剂,对比了500°C和800°C下焙烧所得催化剂的结构与催化性能。结果显示,800°C焙烧导致催化剂比表面积降低、粒径增大,却提高了负载量低于3 wt%的催化剂的活性。动力学测试表明CuO-CeO2催化CO氧化遵循MVK机理。
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