催化燃烧去除挥发性有机气体的整体式催化剂

摘要

近年来，由挥发性有机物所带来的空气污染问题日趋严重。在众多的治理技术中，催化燃烧去除有机污染物作为一种理想的环境治理技术而倍受关注。特别是饮食油烟和有机醇作为挥发性有机物的代表之一，不容易被催化净化。因此，因此需要研究制备出低起燃温度和高选择性的催化剂，以减少副产物的生成。本文用堇青石做第一载体，以Al<,2>O<,3>和储氧材料为第二载体，制备出低起燃温度和高选择性的催化剂。以饮食油烟和乙醇为探针分子，考察含氧有机物的催化燃烧净化的规律，以制备出适宜工业应用的催化剂。本文的主要研究内容及结果如下： 1.不同Ce/Zr比的储氧材料的储氧量和织构性能不同，从TPR结果来看，不同Ce/Zr比的储氧材料样品在老化前后的变化规律是一致的，随着铈含量的增加，还原峰向低温方向移动且都只有一个还原峰。这说明所制备的材料为均一物相。 2.储氧材料固溶体中引入Mn，能提高样品的储氧量性能，特别是Mn含量为20％的样品，高温焙烧之后储氧材料仍具有高的储氧量。 3.在制备的Pt/γ-Al<,2>O<,3>，Pt/La-Al<,2>O<,3>和Pt/YSZ-Al<,2>O<,3>三种催化剂中，Pt/La-Al<,2>O<,3>的油烟净化效果最好，油烟的完全转化温度为350℃。比其它两种载体油烟完全转化温度降低了50℃。载体中La<,2>O<,3>加入减弱了Pt和Al<,2>O<,3>之间的相互作用，从而改善了催化剂的催化性能。 4.用La-Al<,2>O<,3>和储氧材料共同做载体，Pt/La-Al<,2>O<,3>催化剂的性能得到明显改善。当m(OSM)：m(La-Al<,2>O<,3>)的值为1：1时，能充分发挥两种组分各自的优点且达到最佳的协同作用，从而使Pt/Ce<,0.5>Zr<,0.5>O<,2>-La-Al<,2>O<,3>催化剂显示出最好的油烟净化的催化性能，油烟的完全转化温度为300℃。 5.储氧材料的Ce和Zr比例对油烟净化催化剂性能的有一定的影响，Ce/Zr比为1：1时催化活性最佳。从而使Pt/Ce<,0.5>Zr<,0.5>O<,2>-La-Al<,2>O<,3>催化剂显示出最好的催化性能。同时储氧材料中加入Mn有利于催化活性的提高。当储氧材料的组成为Ce<,0.4>Zr<,0.4>Mn<,0.2>O<,2>时催化剂的活性最好，油烟的完全转化温度为280℃。 6.用助剂改性的γ-Al<,2>O<,3>作载体，油烟净化催化剂催化活性有较大提高，其中以Cr-Al<,2>O<,3>作载体时活性最佳。Cr<,2>O<,3>添加量对催化活性的影响显著，其中以Cr<,2>O<,3>占γ-Al<,2>O<,3>重量的3％时效果最好。Pt的负载量影响Pt/Cr-Al<,2>O<,3>催化剂的催化性能，以含量为0.7g/L时催化活性最佳，其最佳空速适用范围为10000h<'-1>～40000h<'-1>。 7.通过对催化剂的涂覆量和脱落率与活性关系的实验证实催化剂涂层的上载量应控制在20wt％左右，气体能进行充分的渗透和扩散，此时催化剂活性较高。适当增加基体的孔密度能够提高催化剂的活性。 8.储氧材料氧化物的制备过程研究表明，沉淀物转化成固溶体氧化物属于同晶转化过程。在300℃形成半氧化物，600℃则完全转变为固溶体氧化物，经1000℃焙烧后未发生相的分离，织构性能稳定，具有高比表面积和高储氧量以及优越的氧化还原性能。 9.储氧材料固溶体中引入Y和La，能改善样品的织构性能及还原性能，特别是Y和La含量为10％的样品，能显著改善样品的织构性能及还原性能。 10.用La-Al<,2>O<,3>和储氧材料共同作为乙醇催化燃烧催化剂的载体，MnOx/La-Al<,2>O<,3>催化剂的性能得到明显改善。当m(OSM)：m(La-Al<,2>O<,3>)的值为2：1时，从而使MnOx/Ce<,0.5>Zr<,0.5>O<,2>-La-Al<,2>O<,3>催化剂显示出最好的乙醇催化燃烧催化性能。乙醇的完全转化温度达到242℃，比未添加储氧材料的催化剂乙醇完全转化温度低28℃。 11.不同Ce/Zr比的储氧材料对乙醇催化燃烧催化剂性能的有一定的影响，Ce/Zr为1：1时催化活性最好。储氧材料中加入Mn,Y和La的氧化物掺杂有利于催化剂的活性提高。当储氧材料的组成为Ce<,0.4>Zr<,0.4>Mn<,0.2>O<,2>，Ce<,0.45>Zr<,0.45Yo.1>O<,1.95>和Ce<,0.45>Zr<,0.45>La<,0.1>O<,1.95>时催化剂的活性最佳，乙醇的完全温度分别是230℃，230℃，240℃。达到了与贵金属催化剂性能相当的程度，同时未检测到无副产物生成。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题背景及意义

1.2 VOCs简介

1.2.1 VOCs来源

1.2.2 VOCs的危害

1.2.3 VOCs的污染及治理现状

1.3 VOCs的处理技术

1.3.1吸附法

1.3.2吸收法

1.3.3冷凝法

1.3.4膜分离法

1.3.5燃烧法

1.3.6光催化氧化法

1.3.7生物法

1.3.8等离子体法

1.4催化燃烧法

1.4.1催化燃烧技术介绍

1.4.2催化燃烧的特点

1.5催化燃烧催化剂研究进展

1.5.1催化剂载体

1.5.2贵金属催化剂

1.5.3非贵金属催化剂

1.6本文研究的目的与内容

第二章整体式饮食油烟催化燃烧净化催化剂的研制

2.1引言

2.1.1治理油烟污染的意义

2.1.2油烟的组成及分析方法

2.1.3国内外现有的油烟控制技术

2.1.4储氧材料在催化燃烧中的应用

2.1.5铈基储氧材料的主要功能

2.1.6铈基储氧材料的研究进展

2.2实验部分

2.2.1主要试剂

2.2.2载体材料的制备

2.2.3催化剂的制备

2.2.4催化剂性能测试

2.2.5催化剂和载体储氧材料的表征

2.3结果与讨论

2.3.1Ce/Zr对储氧材料的性能影响

2.3.2储氧材料制备方法的选择

2.3.3不同Mn含量储氧材料的性能

2.3.4不同载体对催化活性的影响

2.3.5不同贵金属做活性组分对催化活性的影响

2.3.6添加储氧材料做载体对油烟净化催化性能的影响

2.3.7 Pt/La-Al2O3/CexZr1-xO2系列催化性能

2.3.8 Pt/La-Al2O3/CexZrxMn1-2xO2系列催化性能

2.3.9改性Al2O3作载体的催化性能

2.3.10催化剂基体的性能

2.4结论

第三章催化燃烧净化低浓度乙醇的整体式催化剂的研究

3.1前言

3.1.1引言

3.1.2乙醇催化燃烧催化剂体系

3.2实验部分

3.2.1主要试剂

3.2.2储氧材料的制备

3.2.3催化剂的制备

3.2.4催化剂和载体储氧材料的表征

3.2.5催化剂的性能测试

3.3结果与讨论

3.3.1处理温度对储氧材料性能的影响

3.3.2不同Y含量储氧材料的性能

3.3.3不同La含量储氧材料的性能

3.3.4添加储氧材料做载体对乙醇净化催化性能的影响

3.3.5活性组分的负载量对催化活性的影响

3.3.6 MnOx/La-Al2O3/CexZr1-xO2系列催化剂的性能

3.3.7 MnOx/La-Al2O3/CexZrxMn1-2xO2催化性能

3.3.8 MnOx/La-Al2O3/CexZrxLa1-2xOy系列催化剂催化性能

3.3.9 MnOx/La-Al2O3/Ce0xZrxY1-2xOy系列催化剂

3.4结论

第四章结论

参考文献

攻读博士期间发表文章

致谢