鈣鈦礦和石墨型碳氮化合物用于催化消除染料廢水和汽車尾氣.pdf

1、本論文主要以具有ABO3型的鈣鈦礦氧化物和石墨層狀的氮化碳(g-C3N4)為催化劑，研究了它們對水污染中有機染料氧化降解和尾氣排放中CO，炭煙及NO消除的催化性能。
　　對于水污染中有機染料的氧化降解，本文選取了鈣鈦礦氧化物作為類芬頓催化劑來進行研究。為增大鈣鈦礦氧化物與有機染料作用的接觸面積以提高催化效率，本文以具有高比表面積的介孔硅SBA-15作為載體制備了負載的鈣鈦礦催化劑。經(jīng)過活性篩選后，選取了LaFeO3和La-Cu-O

2、（La2CuO4和少量CuO的混合物）兩種鈣鈦礦氧化物進行了深入研究。XRD、TEM和N2-吸脫附曲線表征發(fā)現(xiàn)，催化劑具有較好的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且載體SBA-15依舊保持其介孔結(jié)構(gòu)。催化氧化羅丹明B(RhB)活性測試發(fā)現(xiàn)，LaFeO3/SBA-15和La-Cu-O/SBA-15都具有較好的催化氧化降解有機染料的活性，且pH適應(yīng)范圍寬(2-10)，氧化劑H2O2消耗量小，循環(huán)氧化活性穩(wěn)定，也適用于其他染料如4BS,X-3B和MB等的氧化降解。

3、特別是La-Cu-O/SBA-15在常溫條件下反應(yīng)3 h后能將RhB染料完全礦化為CO2，是目前報道的以H2O2為氧化劑表現(xiàn)活性最佳的鈣鈦礦催化劑。其高效氧化降解RhB的能力主要歸因于鈣鈦礦納米顆粒與SBA-15間的協(xié)同作用，即：載體SBA-15主要用于吸附RhB并將其傳輸?shù)解}鈦礦活性位上，而鈣鈦礦催化劑主要用于催化H2O2氧化RhB反應(yīng)。
　　在尾氣污染物凈化消除方面，鈣鈦礦催化劑也表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。本文我們研究了膠晶模板聚

4、甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制備的無序多孔LaFeO3和LaCoO3，以及相應(yīng)的SBA-15負載型和體相鈣鈦礦催化劑，用于CO的催化氧化消除。與LaCoO3相比，LaFeO3具有更佳的高溫?zé)岱€(wěn)定性，因而我們進一步考察了LaFeO3對尾氣中炭煙的氧化以及氧化反應(yīng)過程中催化劑對水蒸氣的敏感程度。
　　相較與負載型LaCoO3/SBA-15和體相LaCoO3，多孔LaCoO3顯示出更佳的CO催化氧化活性。與文獻報道的三維有序大孔LaCoO

5、3相比，無序多孔LaCoO3具有相近的CO催化氧化活性，說明孔的規(guī)整結(jié)構(gòu)不是影響其催化CO氧化性能的關(guān)鍵因素。表征分析表明，多孔LaCoO3的高活性與其表面較高的Co原子活性位數(shù)量、Co3+/Co2+離子比和氧空位數(shù)量有關(guān)。此外，動力學(xué)計算表明，多孔LaCoO3也具有最低的表觀活化能，為其高性能的CO催化氧化活性提供了佐證。同理，由于多孔LaFeO3的高比表面、強氧化能力及較多的表面氧空位數(shù)量，它在催化氧化CO和炭煙時表現(xiàn)出優(yōu)于負載型L

6、aFeO3/SBA-15和體相LaFeO3的催化性能。進一步的研究表明，多孔LaFeO3在催化氧化CO和炭煙過程中具有較強的抗水蒸氣中毒能力，即使在水蒸氣含量為13.5％時，對CO氧化轉(zhuǎn)化率仍可保持在60%以上。且在取消通入水蒸氣后，多孔LaFeO3的催化活性能夠完全恢復(fù)。
　　石墨型碳氮化合物(g-C3N4)是一類高分子材料，常作為載體和催化劑。本文選取g-C3N4進行了兩方面的研究：一是作為載體用于制備高分散的貴金屬Pt和Au

7、納米顆粒用于CO氧化，一是作為一種非金屬催化劑用于催化NO分解。在用于制備高分散的貴金屬納米顆粒時，g-C3N4將作為一類功能材料首先負載在介孔SBA-15上，通過控制樣品的熱處理溫度調(diào)節(jié)g-C3N4的負載量，從而達到控制Pt和Au催化劑的粒徑。而g-C3N4的高穩(wěn)定性及其與貴金屬之間較強的相互作用力，保證了貴金屬顆粒在其表面的穩(wěn)定性。相比較而言，在用于CO催化氧化反應(yīng)時，Pt較Au催化劑表現(xiàn)出更好的催化性能,XPS表征表明這是由于表面