【摘 要】
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苯系污染物对人类的生产生活都造成很大的危害,处理苯系污染物迫在眉睫。催化燃烧是最有效的处理苯系污染物的方法,能够使有机物完全催化氧化为CO_2和H_2O。本文在OMS-2(隐钾锰矿型八面体分子筛)催化剂的基础上掺入钴氧化物和银氧化物进行优化,得到Ag/Co-OMS-2(掺杂Ag物种和Co物种的OMS-2)催化剂,用于邻二甲苯的催化燃烧。研究内容如下:(1)以高锰酸钾、硫酸锰、硝酸钴和硫酸为反应物,
【基金项目】
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河北省自然科学基金(No.B2018205099); 河北师范大学技术创新预研项目“大气污染治理中苯系污染物催化燃烧机制研究”(No.2019—5);
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苯系污染物对人类的生产生活都造成很大的危害,处理苯系污染物迫在眉睫。催化燃烧是最有效的处理苯系污染物的方法,能够使有机物完全催化氧化为CO2和H2O。本文在OMS-2(隐钾锰矿型八面体分子筛)催化剂的基础上掺入钴氧化物和银氧化物进行优化,得到Ag/Co-OMS-2(掺杂Ag物种和Co物种的OMS-2)催化剂,用于邻二甲苯的催化燃烧。研究内容如下:(1)以高锰酸钾、硫酸锰、硝酸钴和硫酸为反应物,采用水热同步氧化还原法制备了Co-OMS-2系列催化剂。探究了不同体系、p H值、Co/Mn摩尔比和焙烧温度等因素对催化剂结构和活性的影响。催化氧化邻二甲苯的活性测试结果表明,Co-OMS-2-M-3.5-0.4-350活性最佳催化剂的T100(二氧化碳的产率为100%时所对应的温度)、T50(二氧化碳的产率为50%时所对应的温度)和T20(二氧化碳的产率为20%时所对应的温度)分别为190℃、175℃和169℃,较OMS-2催化剂的T100、T50和T20分别低20℃、19℃和18℃。XRD(X射线衍射)、FT-IR(傅里叶变换红外光谱)、Raman spectra(拉曼光谱)、N2物理吸脱附、SEM(扫描电子显微镜)和EDS(X射线能谱分析)结果表明,Co-OMS-2-M-3.5-0.4-350为微晶态OMS-2型催化剂,说明Co氧物种均匀的掺杂到OMS-2催化剂晶格之间,使催化剂的结晶度降低。H2-TPR(H2程序升温还原)、O2-TPD(O2程序升温脱附)、TPR-TPO(程序升温还原再氧化)和CO2-TPD(CO2程序升温脱附)结果表明,掺入Co氧物种使催化剂的氧化能力、晶格氧的释放能力、再氧化能力增强,CO2吸附能力减弱。Co氧物种替代了OMS-2催化剂中Mn氧物种,使催化剂发生晶格畸变,促进催化剂中晶格氧的释放,从而提高催化剂催化氧化邻二甲苯的能力。稳定性测试结果表明,Co-OMS-2-M-3.5-0.4-350催化剂在完全催化氧化邻二甲苯温度下,反应60 h,活性保持不变。(2)在Co-OMS-2-M-3.5-0.4-350催化剂基础上,通过沉积沉淀法制得Ag/Co-OMS-2-M-3.5-0.4-350系列催化剂。催化氧化邻二甲苯的活性测试结果表明,5%Ag/Co-OMS-2-M-3.5-0.4-350催化剂的T100、T50和T20分别为180℃、162℃和152℃,较Co-OMS-2-M-3.5-0.4-350催化剂的T100、T50和T20分别低10℃、13℃和17℃。XRD、N2物理吸脱附、EDS和Raman结果表明,Ag氧物种分子水平掺入催化剂中,提高了不同金属氧化物之间的接触程度,丰富了活性氧物种含量,最后促进邻二甲苯的高效催化氧化。H2-TPR、TPR-TPO、O2-TPD和CO2-TPD测试表明,Ag氧物种的掺入有利于分子氧的活化和表面氧物种的生成,也提高晶格氧的流动性及再氧化能力。同时也减弱了CO2吸附能力,减少碳酸盐的生成。稳定性测试结果表明,5%Ag/Co-OMS-2-M-3.5-0.4-350催化剂在完全催化氧化邻二甲苯温度下,反应60 h,活性均保持不变。
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