降解气相二噁英类污染物铜氧化物催化剂的制备与表征

摘要

二噁英类含氯持久性有机物(Cl-POPs)是毒性很强的环境污染物，借助于催化剂的催化燃烧法是治理二噁英类污染物最彻底的方法之一，为了筛选出用于催化燃烧二噁英的高效催化剂，本研究分别制备了系列V-Cu催化剂和(Fe，Co，Cu，V)-Mn/堇青石催化剂，以邻二氯苯(o-DBC)作为二噁英的模型化合物对其催化性能进行评价。考察了水热法和溶胶-凝胶法制备的V-Cu/TiO2催化剂的催化活性，结果发现以溶胶-凝胶法制备的V-Cu/TiO2催化剂在400℃能完全降解o-DBC，具有很好的高温催化活性。进一步考察了煅烧温度、钒铜配比对催化降解o-DBC的影响，并利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜-X射线能谱(SEM-EDS)、程序升温还原(TPR)、氮气物理吸附(BET)等技术手段对其进行分析表征。XRD结果表明，V-Cu/TiO2催化剂主要由anatase-TiO2和rutile-TiO2组成，以anatase-TiO2为主晶相的V-Cu/ZiO2催化剂的催化活性较高，并且随着煅烧温度的升高，ZiO2晶相由锐钛矿逐渐向金红石相转变;TPR结果进一步表明，采用溶胶-凝胶法，在300℃下煅烧制备的V-Cu/TiO2催化剂具有较低的还原温度，易于发生还原反应，表现出较好的催化活性;BET结果可以看出，采用溶胶-凝胶法，钒铜配比为1∶4，在300℃下煅烧制备的V-Cu/ZiO2催化剂的比表面积最大;以上结果说明V、Cu活性物质较好地分散在锐钛矿物相的TiO2表面有助于提高催化剂的催化活性。
　　 采用共沉淀法制备了(Fe，Co，Cu，V)-Mn催化剂，负载于堇青石载体上，结果发现Cu-Mn/堇青石催化剂对气相邻二氯苯的催化燃烧性能最好。为了提高其催化活性，对Cu-Mn/堇青石催化剂进行进一步的条件优化实验，研究了制备方法、煅烧温度、配比对Cu-Mn/堇青石催化剂活性的影响。XRD测试结果显示Cu-Mn/堇青石催化剂在煅烧之后有新的尖晶石型CuMn2O4晶相出现;SEM结果表明Cu-Mn/堇青石催化剂颗粒分散均匀;反应前后EDS对比结果表明，催化剂在发生催化反应后表面残留有少量氯，寿命测试表明催化反应持续20h，邻二氯苯的降解率能稳定在65％，说明Cu-Mn/堇青石催化剂用于催化燃烧Cl-POPs具有较好的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．2 二噁英的性质及来源

1．2．1 二噁英的理化性质

1．2．2 二噁英的来源

1．3 模拟物-邻二氯苯简介

1．4 二噁英的降解方法

1．4．1 物理降解法

1．4．2 生物降解法

1．4．3 化学降解法

1．5 催化燃烧催化剂研究进展

1．5．1 催化剂活性成分

1．5．2 催化剂载体

1．6 本实验研究的意义与内容

第二章 实验材料和方法

2．1 实验试剂及仪器设备

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器设备

2．2 催化剂制备

2．2．1 共沉淀法制备M-Mn(M=Cu，Fe，Co，V)／堇青石催化剂

2．2．2 不同方法制备Cu-Mn／堇青石催化剂

2．2．3 水热法制备V-Cu催化剂

2．2．4 溶胶-凝胶法制备V-Cu／TiO2催化剂

2．2．5 水热法制备V-Cu／TiO2催化剂

2．3 催化剂活性评价

2．3．1 粉末式催化剂反应装置

2．3．2 整体式催化剂反应装置

2．3．3 反应产物分析

2．4 催化剂物性表征

2．4．1 X射线衍射

2．4．2 程序升温还原

2．4．3 扫描电子显微镜-X射线能谱

2．4．4 透射电子显微镜

2．4．5 氮气物理吸附

第三章 钒铜催化剂的制备和催化燃烧性能研究

3．1 引言

3．2 V-Cu催化剂

3．2．1 V-Cu催化剂的制备

3．2．2 V-Cu催化剂的表征

3．2．3 V-Cu催化剂的活性评价

3．3 V-Cu／TiO2催化剂

3．3．1 V-Cu／TiO2催化剂的制备

3．3．2 V-Cu／TiO2催化剂的表征

3．3．3 不同方法制备的V-Cu／TiO2催化剂的活性测试

3．4 煅烧温度对V-Cu／TiO2催化剂活性的影响

3．4．1 不同煅烧温度制备的V-Cu／TiO2催化剂的表征

3．4．2 不同煅烧温度制备的V-Cu／TiO2催化剂的活性评价

3．5 钒铜配比对V-Cu／TiO2催化剂活性的影响

3．5．1 不同配比制备的V-Cu／TiO2催化剂的表征

3．5．2 不同配比制备的V-Cu／TiO2催化剂的活性评价

3．6 本章小结

第四章 锰基催化剂的制备和催化燃烧性能研究

4．1 引言

4．2 M-Mn(M=Cu，Fe，Co，V)／堇青石催化剂

4．2．1 M-Mn(M=Cu，Fe，Co，V)／堇青石催化剂的制备方法

4．2．2 M-Mn(M=Cu，Fe，Co，V)／堇青石催化剂的活性测试

4．3 制备方法对Cu-Mn／堇青石催化剂的影响

4．3．1 不同方法Cu-Mn／堇青石催化剂的制备

4．3．2 不同方法制备的Cu-Mn／堇青石催化剂的活性评价

4．4 铜源对Cu-Mn／堇青石催化剂的影响

4．4．1 不同铜源Cu-Mn／堇青石催化剂的制备

4．4．2 不同铜源制备的Cu-Mn／堇青石催化剂的活性评价

4．5 煅烧温度对Cu-Mn／堇青石催化剂的影响

4．5．1 不同煅烧温度Cu-Mn／堇青石催化剂的制备

4．5．2 不同煅烧温度制备的Cu-Mn／堇青石催化剂的活性评价

4．5．3 不同煅烧温度制备的Cu-Mn／堇青石催化剂的XRD

4．6 煅烧时间对Cu-Mn／堇青石催化剂的影响

4．7 Cu-Mn／堇青石催化剂的稳定性

4．8 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果