负载型介孔CuO-CeO2复合催化剂的制备及性能研究

摘要

近年来，随着经济的快速发展，人们对于高品质高质量生活的追求不断提高，室内空气污染问题越来越受到人们的重视。在诸多治理方法中，金属氧化物催化氧化法因其操作简便、催化效果率高且不会造成二次污染而受到广泛关注。但金属氧化物催化氧化法用到的催化剂比表面积较小并且多呈粉末状态且容易团聚，一定程度上影响了催化剂的催化效率而且易造成粉尘污染。
　　介孔金属氧化物兼具金属材料的纳米特性和介孔材料高比表面积的优势，成为目前金属氧化物催化氧化领域研究的探索热点之一。而将催化剂负载到多孔载体上制备负载型复合催化剂既能充分发挥多孔材料的吸附作用，又能在一定程度上提高催化剂的分散性，降低粉尘污染，从而实现“吸附-浓缩-催化”的效果。
　　本研究以CTAB和P123为复合模板，改进了软模板法工艺，制备出粒径均匀、分散度良好的介孔CuO-CeO2催化剂，并以SEM、TEM、XRD等手段进行表征，得出最佳的制备工艺为:反应温度为70℃、CTAB∶P123为15∶1、Cu∶Ce为1∶5，此条件下制备的介孔CuO-CeO2催化剂对甲苯催化效率最佳，为58.8％。
　　通过超声浸渍法将所制得的Cu-Ce凝胶负载到膨胀石墨上，经高温焙烧后成功制备了介孔CuO-CeO2/膨胀石墨复合催化剂。研究结果表明最佳负载工艺为:0.5 g膨胀石墨浸渍10 mL湿凝胶、浸渍时间为15 min，制备的介孔CuO-CeO2/膨胀石墨复合催化剂对甲苯催化效率最高为66.2％。吸附动力学分析结果表明介孔CuO-CeO2/膨胀石墨复合催化剂对甲苯的吸附降解过程存在化学吸附，且是复杂的非均相扩散吸附过程。对介孔CuO-CeO2/膨胀石墨复合催化剂的吸附催化稳定性考察结果表明，复合催化剂具有良好的吸附催化稳定性，应用价值优越。
　　通过悬滴法成功制备了表面粗糙、内部呈现多囊腔结构且粒径均匀的P(AN-VDC)大胶囊。并以甲基红为目标吸附物，通过设计正交实验得出对P(AN-VDC)大胶囊吸附性能影响最大的因素是胶囊粒径、其次是凝固浴组成、凝固时间，最小的是凝固浴温度。P(AN-VDC)大胶囊的最佳制备工艺为:凝固浴组成VDMF∶VH2O为1∶2;凝固浴温度为30℃;凝固时间为15 min;粒径为1mm。
　　成功制备了介孔CuO-CeO2/P(AN-VDC)大胶囊复合催化剂，且催化剂颗粒在大胶囊表面及内部均可以实现较均匀分布。复合催化剂对甲苯吸附催化降解性能随负载量增加呈现先增大后降低趋势，负载量为20wt％时吸附催化效果最佳，为81.3％。并比较了不同P(AN-VDC)载体形式负载催化剂的差异，发现以P(AN-VDC)大胶囊作为催化剂载体时制备的负载型复合催化剂的吸附催化效果优于以P(AN-VDC)膜和纤维作为载体，具有良好的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 室内空气污染

1．1．1 室内空气污染的来源及危害

1．1．2 典型污染物的性质

1．2 室内空气污染的治理

1．2．1 绿色植物净化法

1．2．2 生物净化技术

1．2．3 低温等离子体技术

1．2．4 吸附法

1．2．5 金属氧化物催化氧化法

1．3 介孔材料

1．3．1 介孔材料的定义及分类

1．3．2 介孔材料的结构和性能特点

1．3．3 介孔材料的合成方法

1．3．4 介孔材料的台成机理

1．4 介孔CuO-CeO2

1．4．1 纳米氧化铜简介

1．4．2 纳米二氧化铈简介

1．4．3 介孔CuO-CeO2研究进展

1．5 负载型催化剂

1．5．1 载体的选择

1．5．2 负载型催化剂的制备

1．6 本课题研究的意义及内容

第二章 介孔CuO-CeO2的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器和原料

2．2．2 反应原理

2．2．3 实验过程

2．3 试样表征

2．3．1 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．2 能量色散X射线光谱分析(EDX)

2．3．3 透射电子显微镜(TEM)

2．3．4 广角X射线衍射分析(XRD)

2．3．5 紫外吸收光谱分析(UV)

2．3．6 热重分析(TG)

2．3．7 比表面积分析(BET)

2．3．8 X射线光电子能谱分析(XPS)

2．4 复合催化剂的活性评价

2．4．1 甲苯标准曲线的绘制

2．4．2 催化性能测试

2．5 结果与讨论

2．5．1 甲苯标准曲线

2．5．2 焙烧温度的选择

2．5．3 CuO-CeO2催化剂的TEM分析

2．5．4 CuO-CeO2催化剂的BET分析

2．5．5 介孔CuO-CeO2的EDX分析

2．5．6 反应温度对介孔CuO-CeO2的影响

2．5．7 模板剂配比对介孔CuO-CeO2的影响

2．5．8 Cu／Ce比对介孔CuO-CeO2的影响

2．6 本章小结

第三章 介孔CuO-CeO2／膨胀石墨的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器和原料

3．2．2 反应原理

3．2．3 实验过程

3．3 试样表征

3．3．1 扫描电子显微镜(SEM)

3．3．2 X射线衍射分析(XRD)

3．3．3 紫外吸收光谱分析(UV)

3．4 复合催化剂的活性评价

3．5 结果与讨论

3．5．1 介孔CuO-CeO2／膨胀石墨的形貌分析

3．5．2 介孔CuO-CeO2／膨胀石墨的XRD分析

3．5．3 不同负载时间对复合催化剂的影响

3．5．4 不同浸渍量对复合催化剂的影响

3．5．5 介孔CuO-CeO2／膨胀石墨复合催化剂的吸附动力学分析

3．5．6 介孔CuO-CeO2／膨胀石墨复合催化剂的稳定性分析

3．6 本章小结

第四章 介孔CuO-CeO2／P(AN-VDC)大胶囊的制备及性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验仪器和原料

4．2．2 反应原理

4．2．3 实验过程

4．3 试样表征

4．3．1 扫描电子显微镜(SEM)

4．3．2 能量色散X射线光谱分析(EDX)

4．3．3 热重分析(TG)

4．3．4 紫外吸收光谱分析(UV)

4．4 性能测试

4．4．1 甲基红标准曲线的绘制

4．4．2 吸附性能测试

4．4．3 催化性能测试

4．5 结果与讨论

4．5．1 甲基红标准曲线

4．5．2 正交设计分析及结果

4．5．3 介孔CuO-CeO2／P(AN-VDC)大胶囊的形貌分析

4．5．4 介孔CuO-CeO2／P(AN-VDC)大胶囊的EDX分析

4．5．5 负载量对介孔CuO-CeO2／P(AN-VDC)大胶囊的影响

4．5．6 不同P(AN-VDC)载体形式对复合催化剂的影响

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢