二甲苯类有机废气净化整体催化剂的研究

摘要

大气污染是我国目前最突出的环境问题之一，工业废气是大气污染物的重要来源。大量工业废气排入大气，必然使大气环境质量下降，给人体健康带来严重危害，因此必须进行处理。催化燃烧是一种清洁、高效的有机废气净化方法。作为贵金属燃烧催化剂的替代品，Cu-Mn复合氧化物是一类最有希望的有机废气燃烧净化非贵金属催化剂。因此，本文以堇青石蜂窝陶瓷整体载体为基体，以γ-Al2O3为涂层材料，以Cu-Mn复合氧化物为活性组分，用三种不同制备方法制备了一系列整体式催化剂，并系统的研究了整体催化剂的机械稳定性。
　　 三种制备方法分别为：方法A是先将涂层负载于载体上，再负载活性组分；方法B是先将拟薄水铝石与活性组分混合制备成溶胶，再负载于堇青石；方法C是用Al(NO3)3代替拟薄水铝石，先配置溶液再负载于堇青石。结果表明，方法A和方法B所制备的催化剂活性相差不大，均优于由方法C所制备的催化剂活性。但从制备方法的简便程度上考虑，显然方法B为一步过程，优于方法A。另外从活性组分的分布情况可以看出，方法B所制备的催化剂分布均匀，从而进一步论证了方法B是最优的制备方法。从超声波振荡实验数据可以看出，方法B所制备催化剂的脱落率小于方法A所制备催化剂的脱落率，说明方法B所制备催化剂的粘附能力强于方法A，从而更进一步论证了方法B是最优的制备方法。
　　 本文还从以下两个方面较系统地研究了整体催化剂的机械稳定性。整体催化剂制备影响因素研究结果表明，用醋酸处理过的堇青石负载后所制备的整体催化剂有利于提高催化剂的机械稳定性。对于负载次数和负载量的影响，随着负载次数的增加，负载量增加；对于相同的负载次数，焙烧后多次负载的负载量明显比干燥后多次负载的负载量高；多次负载有利于提高整体催化剂的机械稳定性。对于干燥温度、干燥时间、焙烧温度、焙烧时间等实验因素，对所制备的整体催化剂机械稳定性影响不大。整体催化剂在实际使用过程中可能遇到的各种状况的模拟实验研究结果表明，三种方法所制备的整体催化剂经过催化燃烧反应后的脱落率均明显要低于未催化燃烧反应的催化剂，催化燃烧反应有利于提高整体催化剂的机械稳定性。对于所处气氛的影响，所制备的催化剂在室内空气和密封条件下的机械稳定性相差不大，均高于经邻二甲苯气流和水气氛处理的催化剂的机械稳定性。对于热冲击的影响，催化剂在马弗炉中慢慢冷却和在空气中快速冷却对整体催化剂机械稳定性影响不大。另外，随着热冲击次数的增加，催化剂脱落程度增加，机械稳定性降低。