錳基VOCs催化燃燒催化劑改性及其性能研究.pdf

1、PM2.5和O3已成為我國(guó)主要的大氣二次污染物，VOCs作為其重要的前體物，在復(fù)合型大氣污染的形成過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。在2015年3100萬(wàn)噸的VOCs排放中，甲苯所占比例最大。工業(yè)上主要采用貴金屬催化劑催化燃燒處理甲苯，雖然低溫催化活性高，但催化劑成本高，價(jià)格昂貴，且易中毒。開(kāi)發(fā)具有相同甲苯催化低溫活性且耐毒性高的低成本非貴金屬催化劑具有重要意義和應(yīng)用價(jià)值。錳基催化劑具有良好的氧化還原性能，且價(jià)格低廉。但是單一錳金屬氧化物催化劑活性較

2、低、高溫下易發(fā)生相變失活，因此對(duì)錳基催化劑進(jìn)行修飾與改性，提高其熱穩(wěn)定性和催化燃燒效率，具有較好的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文采用非貴金屬Zr和Ce對(duì)錳金屬氧化物催化劑進(jìn)行修飾，并對(duì)其進(jìn)行SEM、BET、XRD、TEM、XPS、TGA-DSC和H2-TPR等一系列表征，探討不同修飾元素對(duì)錳基催化劑的形貌、比表面積、孔體積、晶相、元素組成、熱穩(wěn)定性和氧化還原性能的影響。結(jié)果表明，Ce和Zr會(huì)影響錳基催化劑的形貌，改變錳基催化劑的晶

3、格結(jié)構(gòu)，促進(jìn)Mn4+和晶格氧的生成。Zr修飾有助于提高錳基催化劑的熱穩(wěn)定性，而Ce修飾促進(jìn)錳基催化劑氧化還原性能的提高。在催化劑活性表征方面，對(duì)于甲苯、乙酸乙酯和氯苯三種典型的VOCs污染物，Zr修飾錳基催化劑活性只在氯苯的催化反應(yīng)中有較大的提升。Ce修飾錳基催化劑雖然具有較好的甲苯和乙酸乙酯催化燃燒活性，但其抗氯中毒性能差。而制備的Mn-Zr-Ce催化劑具有均一的介孔結(jié)構(gòu)，較大的比表面積和孔體積，Mn4+和晶格氧含量均較高。在熱穩(wěn)定性

4、，氧化還原性，抗氯中毒性及失活再生能力等方面均展現(xiàn)更佳的性能。
　　本文采用Cu對(duì)Mn-Zr-Ce催化劑進(jìn)行進(jìn)一步修飾。當(dāng)Cu修飾比例為25％時(shí)，催化劑具有最大的比表面積和孔體積，各活性組分均勻分布，表面活性氧含量、熱穩(wěn)定性、氧化還原性能均得到提高。催化活性結(jié)果表明，Cu修飾有利于催化劑的甲苯催化活性的提高，在260℃下連續(xù)運(yùn)行48小時(shí)，甲苯降解率仍保持90％以上。25％Cu-Mn-Zr-Ce催化劑的甲苯催化活性可與工業(yè)貴金屬催化