介孔CeO2和Co3O4的制备及其在CO催化氧化中的应用

摘要

CO是一种主要的空气污染物，来源广泛，无色无味，具有血毒性，即便是痕量存在也能引起严重的环境和健康问题。因此，对于CO污染的消除成为科学家们研究的热点问题之一。CO催化氧化技术是一种有效消除CO污染的方法。本论文主要研究了介孔CeO2和Co3O4的制备及其在CO催化氧化反应中的应用，具体开展的研究工作如下:
　　1.考察在硬模板法合成介孔CeO2的过程中，铈源、铈源浸渍次数、铈源与SBA-15的比例以及煅烧温度等因素对合成的CeO2的结构及CO催化氧化活性的影响。研究结果表明，当铈源为Ce(NO3)3·6H2O，铈源的浸渍为2次，铈源∶SBA-15=1.1∶1，煅烧温度为550℃时合成的介孔CeO2具有最优的结构和较好的CO催化氧化性能。
　　2.分别以硬模板法(HP)和软模板法(SP)制备的介孔CeO2作为Ag基催化剂的载体，研究载体制备方法对催化剂结构和CO催化氧化性能的影响。研究结果显示，CeO2-HP比CeO2-SP更适合做Ag基催化剂的载体，Ag/CeO2-HP在65℃时就能够完全催化氧化CO，而Ag/CeO2-SP上CO完全氧化的温度为150℃。两者活性差异产生的原因主要与载体结构、银物种的分散度、Ag0/Ag+比值以及Ag和介孔CeO2之间的相互作用强度等有关。
　　3.为了进一步开发具有较好低温CO催化氧化活性的催化剂，本论文以介孔Co3O4作为对照，初步研究介孔Ag/Co3O4体系上CO的催化氧化性能。研究结果显示，和传统等体积浸渍法制备的介孔 Ag/Co3O4催化剂相比，一锅法制备的介孔Ag/Co3O4催化剂表现出更好的低温催化氧化活性，前者在20℃时对CO的转化率只有4.9％，而后者在此温度时已经能够完全催化氧化CO。而且一锅法制备的介孔Ag/Co3O4催化剂也表现出了较好的甲醛低温催化氧化性能（在90℃时对甲醛催化转化率为95％）。另外，论文中还初步探讨了介孔Co3O4和Ag/Co3O4催化剂对CO和甲醛催化氧化反应的不同催化行为。研究结果显示，比表面积、Co3O4的结构以及Ag颗粒的粒径大小是影响CO室温氧化反应活性的关键因素，而对于HCHO低温氧化反应来说，Ag的加入可以促进催化剂低温下对HCHO的吸附和活化能力，两个Ag/Co3O4催化剂活性之间的差别主要与Ag颗粒的粒径大小以及Co3O4的还原能力有关。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 CO的主要来源、性质和危害

1．1．1 CO的主要来源

1．1．2 CO的性质及危害

1．2 CO污染控制技术

1．2．1 源头控制CO污染

1．2．2 末端控制CO污染

1．3 CO催化氧化催化剂的研究进展

1．3．1 贵金属催化剂

1．3．2 非贵金属催化剂

1．4 CeO2和Co3O4的性质

1．4．1 CeO2

1．4．2 Co3O4

1．5 介孔材料

1．5．1 介孔材料的结构特点和分类

1．5．2 介孔材料的合成方法

1．6 本论文的构思和主要研究内容

2 实验部分

2．1 化学试剂及实验仪器

2．2 催化剂制备

2．3 催化剂活性评价

2．4 催化剂表征

2．4．1 比表面积和孔径分布

2．4．2 X-射线衍射(XRD)

2．4．3 透射电镜测试(TEM)

2．4．4 紫外可见漫反射光谱(UV-vis)

2．4．5 氢气程序升温还原(H2-TPR)

2．4．6 拉曼光谱(Ramam)

2．4．7 电子顺磁共振(EPR)

2．4．8 X-射线光电子能谱(XPS)

2．4．9 电感耦合等离子体光谱测试(ICP)

3 硬模板法制备介孔CeO2催化剂及其对CO催化氧化性能的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 SBA-15的合成

3．2．2 介孔CeO2的合成

3．3 硬模板剂SBA-15的结构性质

3．4 不同铈源的影响

3．4．1 催化剂表征结果

3．4．2 CO活性测试

3．5 铈源不同浸渍次数的影响

3．5．1 催化剂表征结果

3．5．2 CO活性测试

3．6 铈源与硬模板剂不同比例的影响

3．6．1 催化剂表征结果

3．6．2 CO活性测试

3．7 不同煅烧温度的影响

3．7．1 催化剂表征结果

3．7．2 CO活性测试

3．8 小结

4 载体不同制备方法对Ag／CeO2催化剂结构及其CO催化性能的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 CeO2的合成

4．2．2 Ag／CeO2的合成

4．3 不同载体制备方法制备的介孔CeO2及Ag／CeO2催化剂的表征

4．3．1 N2吸脱附及孔径分布分析

4．3．2 XRD分析

4．3．3 TEM分析

4．3．4 XPS分析

4．3．5 UV-vis分析

4．3．6 H2-TPR分析

4．3．7 Raman分析

4．3．8 EPR分析

4．4 不同制备方法制备的介孔CeO2及Ag／CeO2催化剂的活性评价

4．5 小结

5 介孔Ag／Co3O4催化剂上CO和甲醛催化氧化性能的初步研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 介孔Co3O4的合成

5．2．2 介孔Ag／Co3O4的合成

5．3 介孔Co3O4及介孔Ag／Co3O4催化剂的表征结果

5．3．1 N2吸脱附及孔径分布分析

5．3．2 XRD分析

5．3．3 TEM分析

5．3．4 UV-vis分析

5．3．5 XPS分析

5．3．6 H2-TPR分析

5．4 介孔Co3O4及Ag／Co3O4催化剂催化氧化CO及HCHO性能的研究

5．4．1 CO活性测试

5．4．2 HCHO活性测试

5．5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢