负载型纳米Pt催化剂的合成、表征及其对VOCs深度氧化性能的研究

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VOCs是重要的大气污染物,不仅会造成环境污染,还会危害人类健康。近年来,控制VOCs排放的相关立法也逐渐严格。催化氧化法具有高效率、低能耗、二次污染小的优点,是一种最高效且经济的方法。负载型贵金属催化剂起燃温度低、深度氧化能力强,几乎在所有类型的催化氧化型催化剂中最为有效,但由于贵金属价格昂贵,在一定程度上限制了它的应用,故开发低负载量、高催化活性和高稳定性的贵金属催化剂具有现实意义。本论文使用乙二醇液相还原法制备了 一系列Pt/A12O3催化剂,考察了不同Pt粒径、不同制备方法、不同载体对负载型Pt催化剂深度氧化能力和高温稳定性的影响,同时,考察了负载型Pt催化剂催化苯、正己烷、乙酸乙酯的粒径效应。通过 HRTEM、CO-DRIFTS、ICP、XPS、H2-TPR、NH3-TPD、CO2-TPD等技术手段对贵金属粒径、价态、催化剂氧化还原性、酸碱性等物理化学性质进行了表征分析。主要得到以下结论:1.采用乙二醇液相还原法可以合成不同粒径大小、高分散度的Pt/Al2O3催化剂。实验结果表明,调节还原溶液的pH值可以有效控制Pt的粒径。在一定范围内,还原溶液pH值越高,合成催化剂的Pt粒径越小。研究了在不同粒径的Pt/Al2O3催化剂上苯的催化氧化性能。结果表明,金属Pt粒径越小催化剂对苯的催化效果越好,其中,Pt/Al2O3-11催化剂催化降解苯的活性最高,145℃就可将苯完全转化。这可能是因为Pt粒径越小,Pt分散度越高,活性催化位点就越多,有利于有机物的吸附和活化;而且小粒径Pt催化剂上存在更多的吸附氧物种,氧化还原性能增强,有利于有机物的深度氧化。另外,还考察了催化剂的耐久性,发现Pt/Al2O3-11催化剂具有良好的耐久性及良好的抗CO2、H2O、C。H,2活性。2.研究了两种制备方法制备的Pt/Al2O3催化剂的高温稳定性。结果发现,先负载再还原方法制备的催化剂相较于先还原再负载方法制备的催化剂有更好的高温稳定性。因为先负载再还原方法使得金属Pt与载体之间有更强的相互作用,防止了 Pt颗粒的团聚,使其无论是催化活性还是高温稳定性都较好。研究了 Pt/Al2O3催化剂催化乙酸乙酯、正己烷的粒径效应。结果表明Pt/Al2O3催化剂上Pt粒径越小,催化乙酸乙酯降解的活性越高。正的粒径效应主要是由活性氧和活性位点数量引起,Pt0含量不是决定性因素。而Pt/A1203催化剂对正己烷表现出负的粒径效应,Pt粒径越大,对正己烷的催化效果越好。负的粒径效应可能与正己烷在降解过程中吸附的方式和吸附的难易程度有关。3.研究了不同载体负载的Pt催化剂催化简介苯、正己烷、乙酸乙酯的活性。结果发现,载体不同的催化剂降解不同的VOCs呈现出了不同的规律。几种催化剂催化降解乙酸乙酯活性顺序为:Pt/CeZr>Pt/ZSM-5>Pt/TiO2>Pt/A1203,此降解过程依赖于催化剂酸性中心和氧化还原中心的协同作用,酸中心利于乙酸乙酯脱掉羟基形成中间产物,氧化还原中心利于乙酸乙酯的深度氧化。Pt催化剂催化苯、正己烷烃类有机物活性主要和表面活性氧物种数目有关,表面活性氧物种越多,催化剂氧化还原性能越强,对VOCs深度氧化能力越强。另外,催化剂催化正己烷活性还与Pt粒径大小有关,这可能是正己烷较难吸附到催化剂上,而大颗粒的Pt利于正己烷的吸附,使得正己烷的吸附过程和深度氧化过程共同影响催化剂的催化活性。催化剂表面酸性和碱性会影响Pt0的数目,催化剂载体酸性或是碱性越强,Pt0含量越少。
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