载体碳改性对Pd-Cu/凹凸棒土催化剂CO常温催化氧化性能影响

摘要

CO是一种有毒、有害的空气污染物，其不仅直接危害人类的身体健康，而且还是地表臭氧的前驱物，会造成严重的环境问题。因此，CO消除已成为世界科研工作者必须面对的一个重要课题。目前CO消除的相关理论和技术的研究开发及其应用越来越受到人们的高度关注。在众多CO消除方法中，低温催化氧化由于其效率高、能耗低、无污染等优点，在工业、军事、环保等领域均有极大的技术需要。如潜艇、航天器等密闭系统内中CO消除、汽车冷启动尾气处理、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、CO2激光器以及CO气体传感器等。此外，由于CO催化氧化反应体系简单，在理论研究过程中常被用作模型反应揭示催化剂织构性质、物相组成、晶粒尺寸、形貌特征等与催化性能之间的关系。因而，研究开发CO低温氧化催化剂对于实际应用及理论研究均具有重要意义。
　　CO低温氧化催化剂主要有三类：贵金属催化剂、非贵金属氧化物催化剂和负载型Wacker催化剂，其中负载型Wacker催化剂由于其组成中富含Cl-，并且水分子参与CO催化氧化循环反应，在水汽和卤化物存在的条件下，具有非贵金属氧化物催化剂和贵金属催化剂难以比拟的抗水性、抗卤化物中毒等优势。大量研究表明除制备方法、预处理条件外，负载型Wacker催化剂的催化性能与载体的物化性质具有密切联系，常用的载体主要有活性炭、氧化铝和凹凸棒土等三种。本课题组前期深入研究了焙烧处理、载体超声处理、制备方法等对Pd-Cu/凹凸棒土催化剂催化性能的影响，发现适当的焙烧处理和超声处理均可显著促进催化剂CO催化氧化性能；同时，与浸渍法制备的催化剂相比，氨蒸发法制备的催化剂具有更优异的CO催化氧化性。但此类催化剂在高水汽含量和高空速条件下仍存在活性较低，稳定性较差的问题。
　　针对上述问题，本文选取葡萄糖、蔗糖两种碳源，采用热解法对凹凸棒土载体进行碳改性处理，具体考察了水汽含量、碳化温度及碳源用量对Pd-Cu/碳改性凹凸棒土催化剂 CO催化氧化性能的影响。在此基础上通过 TG、XRD、N2-physisorption、Raman、FT-IR、H2-TPR和CA等表征手段对催化剂织构性质、物相组成、氧化还原性能以及表面亲疏水性等方面进行系统表征，并深入探究碳改性前后催化结构与其催化性能间的关系。主要得到以下结果和结论：
　　1.碳化温度及碳源用量对Pd-Cu/碳改性凹凸棒土催化剂CO常温催化氧化性能的影响
　　在CO体积分数为0.5%、空速（GHSV）为6000 h-1、水汽含量为1.8%的条件下，碳改性前后催化剂均具有较高的稳定性，但在水汽含量为3.3%的条件下，经碳改性的催化剂表现出更好的稳定性。碳化温度和碳源用量考察结果表明，在反应气组成为0.5%CO，GHSV8000 h-1，水蒸气3.3%条件下，当碳化温度为350℃，碳源与凹凸棒土比例为0.1:1时，两种不同碳源改性制备的催化剂（PC/APT-G-0.1及PC/APT-S-0.1）均具有优异的催化性能。两者均能使CO初始转化率达到100%，并在150min内保持完全转化。因此，在适宜条件下碳改性凹凸棒土可有效地提高催化剂的催化性能。
　　2.蔗糖改性对Pd-Cu/凹凸棒土催化剂结构性能的影响
　　表征结果表明通过热解蔗糖成功地将碳物种引入到凹凸棒土载体中。碳物种的引入对载体及催化剂的比表面积、平均孔径、孔体积等织构性质均产生了一定影响。同时，碳改性促进了催化剂中活性相Cu2Cl(OH)3的分散，提高了与Pd物种有较强相互作用的活性Cu物种含量，尤其是经过碳改性，催化剂表面的疏水性得到适当提高。因此，经碳改性的Pd-Cu/凹凸棒土催化剂在高水汽含量和高空速条件下表现出优异的催化性能。

目录

第一章 文献综述与课题选择

1.1 前言

1.2 CO氧化催化剂

1.3 碳改性凹凸棒土研究进展

1.4选题依据与研究内容

第二章 实验试剂、仪器及表征测试手段

2.1催化剂制备所用试剂及仪器

2.2催化剂表征

2.3实验装置

第三章 碳化温度及碳源用量对Pd-Cu/凹凸棒土催化剂催化性能的影响

3.1引言

3.2 催化剂制备

3.3催化活性评价结果

3.4本章小结

第四章 蔗糖改性对Pd-Cu/凹凸棒土催化剂结构性能的影响

4.1 引言

4.2 催化剂表征

4.3本章小结

第五章 总结和展望

5.1 引言

5.2 论文工作总结

5.3 论文的创新性

5.4 后续工作设想

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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