錳基催化劑的制備及對鄰二甲苯深度催化氧化的研究.pdf

1、苯(Benzene)、甲苯(Toluene)和二甲苯(Xylene)等苯系物作為重要的化學(xué)原料和良好的有機(jī)溶劑在醫(yī)藥、化工及建筑裝飾材料等工業(yè)化生產(chǎn)中被廣泛使用，這類VOCs經(jīng)排放進(jìn)入環(huán)境后嚴(yán)重危害環(huán)境和人類健康。在眾多VOCs治理方法中，催化燃燒技術(shù)被認(rèn)為是目前最具有發(fā)展前景的一種VOCs治理方法。本論文以鄰二甲苯(o-xylene)為目標(biāo)污染物，研制出一系列經(jīng)過改進(jìn)過后的低溫高活性催化劑。實驗結(jié)果如下:
　　(1)以丙醛、銀氨

2、溶液和高錳酸鉀溶液為原料，其中，高錳酸鉀與銀氨溶液為氧化劑，丙醛為還原劑。采用同步氧化還原法，即丙醛將Ag+還原得到AgO，同時丙醛與KMnO4發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到Ⅱ型氧化錳八面體分子篩(OMS-2)，它們復(fù)合得到銀錳復(fù)合物2Ag-OMS-2-0.05-400。催化活性測試結(jié)果顯示2Ag-OMS-2-0.05-400在180℃時就能將鄰二甲苯(o-xylene)完全催化氧化為CO2和H2O。為了對比，采用浸漬法制備了催化劑2Ag+-O

3、MS-2。XRD結(jié)果顯示，摻銀前后，錳氧化物均為OMS-2的晶型(JCDPS-00-020-0908)。但是不同的是浸漬法得到的復(fù)合物中出現(xiàn)了Ag2O的特征吸收峰，而2Ag-OMS-2-0.05-400并沒有出現(xiàn)Ag的衍射峰，說明銀高度分散在OMS-2晶格中。由BET數(shù)據(jù)可看出，同步氧化還原法制備的催化劑的比表面積較OMS-2增大。這可能由于銀進(jìn)入OMS-2晶格中，增大了Mn-O-Mn之間的的距離。XPS測試結(jié)果顯示，2Ag-OMS-2

4、-0.05-400中含有豐富的表面氧。2Ag-OMS-2-0.05-400中同時存在Ag0與Ag+。而2Ag+-OMS-2只有Ag+存在。H2-TPR與O2-TPD的結(jié)果顯示2Ag-OMS-2-0.05-400的還原峰與脫附峰的溫度最低，再一次證明通過同步反應(yīng)法制備的催化劑具有較強(qiáng)的催化氧化能力。
　　(2)為了對同步反應(yīng)制備方法做進(jìn)一步的研究，將添加銀的量、銀氨溶液的濃度和焙燒溫度進(jìn)行改變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)銀錳摩爾比為2∶100、銀

5、氨溶液的濃度為0.05％、焙燒溫度為400℃時，銀高度分散到OMS-2的晶格中，能有效的活化晶格氧，明顯提高催化劑的催化性能。在180℃就能將鄰二甲苯完全催化氧化。
　　(3)以高錳酸鉀(KMnO4)為氧化劑，醋酸錳(Mn(Ac)2)為還原劑，pH=8的條件下制備得到羥基或水含量少的高活性催化劑。但是，此催化劑的比表面積比較小。為了增大它的表面積，在反應(yīng)體系中分別加入表面活性劑(十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十二烷基硫酸鈉(SDS

6、)、油酸鈉(SO)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB》)。得到大比表面積的疏水α-MnO2。并從表面活性劑的種類、添加表面活性劑的順序以及添加表面活性劑的量等方面進(jìn)行研究。XRD結(jié)果顯示加入表面活性劑后與未添加之前的晶型均為α-MnO2。BET測試結(jié)果顯示，加入表面活性劑后，催化劑的比表面積增大。SEM結(jié)果顯示，添加表面活性劑后，α-MnO2的形貌由納米顆粒轉(zhuǎn)化為蓬松的納米絲。當(dāng)SDBS的加入量為0.15mmol時，所得的催化劑比表面積最