VOCs凈化用銅錳復(fù)合氧化物催化劑的研究.pdf

1、近年來(lái)，非貴金屬催化劑因其低成本和高催化活性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛研究用于揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的凈化處理，銅錳復(fù)合氧化物催化劑屬于其中的典型代表。本文采用尿素作沉淀劑，通過(guò)水熱均勻沉淀法制備了一系列銅錳復(fù)合氧化物催化劑。以甲苯催化燃燒為探針?lè)磻?yīng)研究了催化劑的催化性能，并結(jié)合多種表征手段進(jìn)行了分析，探討了催化機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　 考察了原料銅錳摩爾比、焙燒溫度、水熱溫度、水熱時(shí)間、尿素加入量等制備條件，以及工藝條件(甲苯

2、濃度、空速大小)對(duì)銅錳復(fù)合氧化物催化劑性能的影響。隨著銅錳摩爾比降低，有利于活性相Cu0.451Mn0.549O2的生成，比例過(guò)大或者過(guò)小，會(huì)分別產(chǎn)生大量雜相CuO或Mn2O3晶相，不利于甲苯催化燃燒。未焙燒和400℃低溫焙燒催化劑主要以MnCO3為主，焙燒溫度超過(guò)600℃，開(kāi)始出現(xiàn)大量Mn2O3的晶相。只有500℃焙燒時(shí)主要晶相為Cu0.451M0.549O2，其催化性能最佳。水熱溫度和水熱時(shí)間對(duì)銅錳復(fù)合氧化物晶相生成、晶型改變影響很

3、大。水熱溫度150℃和水熱時(shí)間24h形成的主要晶相為Cu0.451Mn0.549O2，催化性能也最好。尿素加入量對(duì)催化劑性能影響不大。催化劑最佳制備條件為：銅錳摩爾比1:2，尿素量0.16mol，水熱溫度150℃，水熱時(shí)間24h，焙燒溫度500℃。
　　 以甲苯催化燃燒為探針?lè)磻?yīng)進(jìn)行催化劑活性評(píng)價(jià)，采用TG-DSC、BET、XRD、SEM、EDS、Raman、XPS、H2-TPR、O2-TPD等手段對(duì)催化劑組成、表面形貌、結(jié)構(gòu)和

4、性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明銅錳復(fù)合氧化物催化劑催化活性中心是Cu0.451M0.549O2，是表面吸附氧和晶格氧的主要貢獻(xiàn)者。少量存在的CuO和Cu0.451M0.549O2具有協(xié)同作用，提高了催化劑性能。XPS表征結(jié)果顯示催化劑表面物種體現(xiàn)多價(jià)態(tài)。
　　 最佳制備條件下催化劑的甲苯起燃溫度T10為175℃，完全燃燒溫度T99為210℃。銅錳復(fù)合氧化物催化劑對(duì)寬泛的甲苯濃度和空速變化體現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，甲苯濃度(0.5g/m3～12

5、g/m3)和空速變化(6000h-1～40000h-1)對(duì)催化燃燒性能影響不大。壽命實(shí)驗(yàn)100h，甲苯催化燃燒轉(zhuǎn)化率一直保持在98％以上。實(shí)驗(yàn)前后催化劑表面元素價(jià)態(tài)基本不變，形貌也未發(fā)生改變，說(shuō)明銅錳復(fù)合氧化物催化劑具有高效的催化活性和穩(wěn)定性。
　　 研究還探討了采用浸漬沉淀法制備了負(fù)載銅錳活性組分的CuxMnyOz/Ni泡沫鎳整體式催化劑。銅錳比為1:2、反應(yīng)6h、400℃焙燒獲得的CuMn2Oz/Ni泡沫鎳整體式催化劑具有良