纳米铜锰复合氧化物的水热制备及催化性能

摘要

本文以硝酸盐为原料，采用水热法制备出纳米铜锰复合氧化物，运用XRD、SEM、H2-TPR测试手段对其结构和微观形貌进行表征，研究了催化剂制备条件对其结构、形貌及尺寸的影响。结果表明，溶液的pH、分散剂的种类、反应温度与时间、煅烧温度是影响产物形貌以及尺寸的重要因素。原料中铜锰摩尔比小于1时，形成的产物主要为Cu1.5Mn1.5O4，其结构为尖晶石型；大于1时形成的产物主要为Cu0.451Mn0.549O2复合氧化物；等于1时的产物则是Cu1.5Mn1.5O4和Cu0.451Mn0.549O2二者的混合物。
　　 以实验室制备的纳米铜锰复合氧化物作为催化剂，在无溶剂和其它外加氧化剂的条件下采用气相选择氧化苯甲醇合成苯甲醛，反应中所用的反应器为连续流动固定床。以气质连用仪和气相色谱为分析手段，对产物的组成以及纯度进行分析。实验发现，催化氧化苯甲醇的产物为苯甲醛、苯、甲苯等，其中苯甲醛为主要产物。以目标产物苯甲醛的选择性评价催化剂的活性，Cu0.451Mn0.549O2的催化活性比Cu1.5Mn1.5O4好。对催化活性最好的催化剂来说，当反应温度为300℃、苯甲醇的质量空速为3.13h-1时，苯甲醇的转化率和苯甲醛的选择性可分别达到94.14％和83.73％。
　　 本文还研究了纳米铜锰复合氧化物降解甲基橙的能力，讨论了影响其降解的因素。结果表明，Cu1.5Mn1.5O4的催化效果最好，而Cu0.451Mn0.549O2的催化效果最差。催化剂制备时的反应温度、反应时间及煅烧温度也会影响其降解甲基橙的能力，其中以110℃反应20h、450℃煅烧2h时制备的催化剂活性最好。催化剂的最佳用量为1.0g·L-1，甲基橙溶液的pH越小、浓度越低、处理时间越长时，效果越好。