添加剂对VOx-WOx/TiO2催化剂催化燃烧氯苯性能影响的研究

摘要

本文以V2O5-WO3/TiO2(V-W/Ti)催化剂为基础,对催化剂组分的添加和制备工艺等进行了一系列改进研究,以氯苯为含氯易挥发性有机化合物(CVOCs)的模拟物,对催化剂进行了SEM、TEM、AFM、EDS、BET、XRD、H2-TPR、XPS等表征,并考察了其对氯苯的催化性能。主要做了以下工作:
　　1.以纳米TiO2为载体,采用湿法浸渍法,制备了不同钒负载量的V/Ti、V-W/Ti催化剂,考察了草酸含量对催化剂催化燃烧氯苯活性的影响。结果表明,草酸溶解偏钒酸铵,促进了钒的分散,随草酸含量增加,V、W、Ti之间的作用力逐渐减弱,WO3的含量增多,V2O5大多以V-O-V键聚合存在,并且草酸加入产生了含碳残留物覆盖了部分表面活性位,降低了V-W/Ti催化氯苯的活性。不加草酸而采用水浴加热也能够使一定量的V、W完全分散,在钨的促进下,焙烧过程中V、W、Ti之间相互作用,生成了VxTiyO和VxWyO等含丰富表面氧的高活性物种,所制得V-W/Ti催化剂比加入草酸的催化剂具有更高的催化活性。
　　2.采用湿法浸渍法,分别制备了不同Mn、V含量的MnOx-V2O5-WO3/TiO2(Mn-V-W/Ti)催化剂。结果表明,随Mn掺杂含量的升高,催化剂的低温活性增强,但掺杂含量过高时,催化活性严重下降。在Mn-V-W/Ti(0.25)(Mn:(Mn+V)=0.25)催化剂中,生成了高Mn价态的Mn(VO3)x,使催化剂具有良好的低温催化活性,Mn-V-W/Ti(0.75)催化剂催化活性最差,其原因可能是活性较差的Mn(VO3)2的生成。Mn-V-W/Ti中Mn与V相互作用,生成不同Mn价态的Mn(VO3)x物种,是影响催化剂活性的主要因素。草酸的加入可以一定程度上阻止活性组分MnOx和V2O5相互作用,能比较明显提高催化活性。
　　3.以纳米TiO2为载体,负载V、Mn等活性组分以及适量的稀土元素Ce、Y,添加各种助剂增强活性和辅助成型,采用挤压成型法制备了5组蜂窝型整体式催化剂,并探讨了催化剂组分和制备工艺等因素对氯苯活性及稳定性的影响。结果表明,不同的制备工艺,草酸的含量,稀土元素铈、钇的掺杂等因素对催化剂的活性均产生的影响。活化前催化剂以颗粒状存在且分散均匀,活化后催化剂颗粒、孔径均明显增大。除了V2O5、WO3外,催化剂中还检测到了VO2、Mn(VO3)2、PbO的存在,稀土Ce、Y完全分散在催化剂中,活性组分Mn与V相互作用生成的Mn(VO3)2和能使催化剂中毒的PbO都会降低催化剂的活性;由于活化后催化剂结构疏松,压缩强度下降严重。

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第1章 文献综述

1.1 CVOCs简介

1.2 催化燃烧法简介

1.3 催化剂制备方法简介

1.4 钒基、锰基催化剂研究进展

1.5 催化反应机理

1.6 模拟物质氯苯的选择

1.7 本文研究目的与内容

第2章 实验部分

2.1 实验药品与设备

2.2 催化剂活性评价的工艺流程

2.3 活性评价装置主要设备

2.4 催化剂评价条件

2.5 催化剂的表征仪器

第3章 对草酸降低V2O5-WO3/TiO2催化氯苯活性的研究

3.1 引言

3.2 催化剂的制备

3.3 活性组分含量的初步探讨

3.4 催化剂的活性评价

3.5 催化剂的表征

3.6 机理讨论

3.7 本章小结

第4章 锰掺杂对V2O5-WO3/TiO2低温催化燃烧氯苯活性的影响

4.1 引言

4.2 催化剂的制备

4.3 催化剂的形貌表征

4.4 催化剂的性质表征

4.5 催化剂的活性评价

4.6 草酸对催化剂催化活性的影响

4.7 本章小结

第5章 蜂窝型催化剂的制备及性能评价

5.1 引言

5.2 蜂窝型催化剂组分及作用

5.3 蜂窝型催化剂制备的工艺流程

5.4 蜂窝型催化剂的活性评价

5.5 SEM表征

5.6 EDS表征

5.7 XRD表征

5.8 压缩强度

5.9 本章小结

第6章 结论

6.1 主要结论

攻读硕士期间已发表的论文

致谢