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Pd/Ce_xCu_（1-x）O_（2-δ~-）Y_2O_3整体式催化剂的制备及其VOCs氧化性能研究

作　者: 苏孝文
导　师: 罗孟飞
学　校: 浙江师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 过渡金属 贵金属 陶瓷蜂窝 整体式催化剂 VOCs催化燃烧
分类号: O643.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


催化燃烧技术是一种能耗低、效率高的有机废气（VOCs）治理手段,由于具有设备简单,不易形成NOx二次污染等优点,是当前VOCs处理技术中备受关注的领域。VOCs催化燃烧技术的核心是催化燃烧催化剂。近几十年发展起来的新型催化燃烧催化剂主要是整体式催化剂,该类催化剂一般以堇青石蜂窝陶瓷为基体,表面涂覆Al2O3涂层作为第二载体,然后负载Pt、Pd等活性组分来制备。由于传统Al2O3涂层热稳定性差,高温易与助剂发生固相反应生成尖晶石（AB2O4）类化合物,影响催化性能。而用Y2O3涂层代替Al2O3涂层制备负载Pd整体式催化剂虽然对甲苯表现出优良的催化性能,但对乙酸乙酯的催化活性较差。目前非贵金属Cu、Mn等催化剂对含氧类有机物活性较高,Pd等贵金属催化剂对芳烃类有机物催化性能优良,而实际工业排放的VOCs往往是混合有机物。因此,本课题制备一种CexCu1-xO2-δ涂层负载Pd整体式双功能催化剂,使其兼具贵金属和非贵金属特性,从而对芳烃类和含氧类有机物均具较高催化性能,并用XRD、Raman、H2-TPR、BET、CO Chemisorption等方法对催化剂进行了详细的表征。本课题以Y2O3为粘结剂,将CexCu1-xO2-δ固溶体涂载于堇青石陶瓷蜂窝载体上,再负载贵金属Pd,制得Pd/CexCu1-xO2-δ-Y2O3催化剂,并以甲苯、乙酸乙酯氧化为模型反应考察催化剂的催化活性和热稳定性。同时以非固溶体CeO2-CuO-Y2O3涂层负载Pd催化剂进行比较。研究表明,Pd/CexCu1-xO2-δ-Y2O3陶瓷蜂窝催化剂对甲苯和乙酸乙酯均具有较高的催化活性和高温热稳定性,具有显著的双功能特性;催化剂的活性与CexCu1-xO2-δ的组成密切相关,且Ce0.9Cu0.1O1.9-Y2O3催化剂催化活性最好。因此认为Ce0.9Cu0.1O1.9为涂层的最佳组成,采用此涂层负载Pd制备Pd/Ce0.9Cu0.1O1.9-Y2O3整体式催化剂的催化性能最好。通过对Pd/Ce0.9Cu0.1O1.9-Y2O3（Pd/CCY）整体式催化剂进行深入研究,发现涂层中Ce0.9Cu0.1O1.9或CuO对乙酸乙酯的催化起着主导作用,而活性组分Pd-PdO则是甲苯催化氧化的活性中心,且CCY涂层中引入Pd并未影响其对乙酸乙酯的氧化活性;Pd/CCY催化剂具有良好的低温甲苯和乙酸乙酯催化活性,同时具有优良的高温热稳定性。低温焙烧的Pd/CCY催化剂活性组分分散均匀,对甲苯和乙酸乙酯催化活性高;高温焙烧后其对乙酸乙酯活性缓慢下降可能与Ce0.9Cu0.1O1.9固溶体粒子增大有关。而催化剂在900℃以下的焙烧温度范围内对甲苯的氧化也随着焙烧温度的升高,Pd-PdO粒子增大而活性下降,但当焙烧温度升至1000℃时,其对甲苯的氧化活性又有一定幅度的回升,这可能是高温焙烧时生成的Pd物种为甲苯提供了更多的吸附位,因而活性比PdO更高,从而弥补了催化剂的部分失活。总之,涂层涂覆前Ce0.9Cu0.1O1.9固溶体的形成是Pd/CCY催化剂具有较高的催化活性和高温热稳定性的关键;Pd-PdO物种是甲苯催化氧化的活性中心,而Ce0.9Cu0.1O1.9或CuO对乙酸乙酯的氧化发挥主要作用;催化剂在1000℃焙烧后,金属态Pd的形成是催化剂活性提高的主要原因。由于目前工业废气及汽车尾气中往往是多种有机废气的共存体,且通常催化剂消除有机物种类单一,而Pd/CCY催化剂具有明显的双功能特性。因此,此类双功能催化剂具有十分重要的应用意义和广阔的应用前景。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第1章 文献综述  10-27
  1.1 引言  10-11
  1.2 挥发性有机化合物的性质、来源及危害  11-13
    1.2.1 挥发性有机化合物的性质  11
    1.2.2 挥发性有机化合物的来源  11-12
    1.2.3 挥发性有机化合物的危害  12-13
  1.3 挥发性有机废气(VOCs)的治理方法  13-16
    1.3.1 吸收法  14
    1.3.2 吸附法  14
    1.3.3 冷凝法  14
    1.3.4 膜分离法  14-15
    1.3.5 光催化氧化法  15
    1.3.6 生物降解法  15
    1.3.7 脉冲电晕法  15-16
    1.3.8 燃烧法  16
  1.4 催化燃烧技术  16-18
    1.4.1 催化燃烧技术介绍  16-17
    1.4.2 单一VOCs氧化动力学研究  17-18
  1.5 催化燃烧催化剂  18-24
    1.5.1 催化剂载体  18-20
      1.5.1.1 金属氧化物颗粒载体  19
      1.5.1.2 分子筛载体  19
      1.5.1.3 整体蜂窝状载体  19-20
    1.5.2 涂层  20-22
      1.5.2.1 传统的γ-Al_2O_3涂层  21
      1.5.2.2 添加其它助剂的γ-Al_2O_3涂层  21
      1.5.2.3 其它涂层  21-22
    1.5.3 活性组分  22-24
      1.5.3.1 贵金属催化剂  22-23
      1.5.3.2 金属氧化物催化剂  23-24
  1.6 课题的研究意义与研究内容  24-27
    1.6.1 课题研究意义  24-25
    1.6.2 研究内容  25-27
第2章 实验部分  27-31
  2.1 催化剂制备  27-28
    2.1.1 催化剂载体  27
    2.1.2 化学试剂  27
    2.1.3 涂层的制备  27-28
    2.1.4 陶瓷蜂窝涂层负载Pd催化剂的制备  28
  2.2 催化剂表征  28-30
    2.2.1 X射线粉末衍射(XRD)  28
    2.2.2 可见拉曼(Raman)光谱  28
    2.2.3 程序升温还原(H_2-TPR)  28-29
    2.2.4 Pd分散度测定  29
    2.2.5 比表面测定(BET)  29
    2.2.6 EDX能谱分析  29-30
    2.2.7 电感耦合等离子体发射光谱测定(ICP-AES)  30
  2.3 反应活性评价  30-31
第3章 Pd/CeO_2-CuO-Y_2O_3整体式催化剂的制备及其VOCs氧化性能研究  31-41
  3.1 引言  31
  3.2 实验部分  31-32
    3.2.1 CeO_2-CuO涂层的制备  31-32
    3.2.2 CeO_2-CuO-Y_2O_3涂层的制备  32
    3.2.3 Pd/CeO_2-CuO-Y_2O_3催化剂的制备  32
  3.3 结果与讨论  32-40
    3.3.1 CeO_2-CuO涂层对甲苯和乙酸乙酯的氧化性能  32-34
    3.3.2 CeO_2-CuO-Y_2O_3涂层及其负载Pd催化剂对甲苯和乙酸乙酯的催化性能  34-37
    3.3.3 不同温度焙烧CC1YC涂层的性能研究  37-40
  3.4 小结  40-41
第4章 Pd/Ce_xCu_(1-x)O_(2-δ)-Y_2O_3整体式催化剂的制备及其VOCs氧化性能研究  41-51
  4.1 引言  41
  4.2 实验部分  41-42
    4.2.1 Ce_xCu_(1-x)O_(2-δ)-Y_2O_3涂层的制备  41
    4.2.2 Pd/Ce_xCu_(1-x)O_(2-δ)-Y_2O_3催化剂的制备  41-42
  4.3 结果与讨论  42-50
    4.3.1 Pd/Ce_xCu_(1-x)O_(2-δ)-Y_2O_3催化剂对甲苯及乙酸乙酯氧化性能研究  42-44
    4.3.2 CCY涂层对甲苯及乙酸乙酯的氧化性能研究  44-46
    4.3.3 CCY涂层的H_2-TPR、Raman及XRD表征  46-50
  4.4 小结  50-51
第5章 Pd/CCY整体式催化剂的热稳定性研究  51-62
  5.1 引言  51
  5.2 实验部分  51-52
    5.2.1 Pd/CCY催化剂的制备  51
    5.2.2 Pd/CCA1催化剂的制备  51-52
      5.2.2.1 CCA1涂层的制备  51-52
      5.2.2.2 Pd/CCA1催化剂的制备  52
  5.3 结果与讨论  52-60
    5.3.1 低温焙烧的CCY涂层及Pd/CCY催化剂对甲苯和乙酸乙酯的氧化性能研究  52-53
    5.3.2 不同温度焙烧的Pd/CCY催化剂甲苯及乙酸乙酯氧化性能研究及表征  53-57
    5.3.3 Pd/CCY催化剂和其他催化剂活性对比及其混合气活性研究  57-60
  5.4 小结  60-62
参考文献  62-70
致谢  70-71
作者简介及攻读学位期间取得的研究成果  71-72

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化反应
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