MnOx、LaMnO3和LaVO4催化剂的制备及催化氧化氯苯性能研究

摘要

随着环境污染问题的日益严峻,氯代芳烃及二恶英等高毒性有机污染物的排放控制和消除引起了学术界、工业界、政府和公众的普遍关注,因此通过低温催化氧化实现二恶英的零排放已成为各国科学家及工业界的追求目标。本论文以氯苯(注:实验室中二恶英替代物)为模型化合物,主要研究了MnOx/TiO2-CNTs、LaMnO3和LaVO4催化剂的制备及其对氯苯的催化氧化性能。
　　 研究了采用机械力化学(高能球磨)法制备的MnOx/TiO2-CNTs催化剂上氯苯的催化氧化性能。结果表明,该催化剂对氯苯有很好的催化氧化能力,在MnOx含量为20％时,300℃下对氯苯的催化氧化性能达到97.4％;同时,我们测试了空速和载体对MnOx/TiO2-CNTS催化剂的影响,以及催化剂在300℃下长期反应的稳定性。为了进一步提高催化剂在低温下对氯苯的催化氧化性能,我们对其进行了CeO2和V2O5掺杂,结果表明CeO2的加入提高了催化剂在低温下对氯苯的催化氧化性能,而V2O5加入使催化剂对氯苯的催化氧化性能降低。
　　 本文还研究了采用溶胶凝胶法制备的类钙钛矿型LaMnO3和LaVO4催化剂对氯苯的催化氧化性能。结果表明,在低温下LaMnO3催化剂对氯苯的催化氧化性能高于LaVO4催化剂,而当反应温度高于300℃时,LaVO4催化剂的活性高于LaMnO3。当用Sr部分取代La后形成的La0.8Sr0.2MnO3钙钛矿型催化剂,在低温下,对氯苯的转化率反而比LaMnO3催化剂低,而当反应温度在200℃以上时,La0.8Sr0.2MnO3催化剂的优越性能就体现出来了,温度越高La0.8Sr0.2MnO3催化剂的活性越好。当La0.8Sr0.2MnO3催化剂在300℃下活化12小时后,该催化剂在低温下对氯苯的转化率有了明显的提高。在反应温度为150℃时,LaL0.8Sr0.2MnO3催化剂对氯苯的催化氧化活性从67.9％提高到77.6％。此外,类钙钛矿型LaMnO3和LaVO4催化剂对氨有很好的催化氧化活性,在常压下,600℃对氨氧化成Nox的转化率分别为88％和95％。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 二恶英类化合物催化氧化研究的意义

1.2 二恶英类化合物的性质

1.2.1 高毒性

1.2.2 持久性

1.2.3 生物积聚性

1.3 二恶英类化合物的形成来源

1.3.1 含氯化学品的生产和使用

1.3.2 微生物过程

1.3.3 热过程

1.4 二恶英类化合物的形成机理

1.4.1 废物流中存在二恶英

1.4.2 从头合成[27-32]

1.4.3 前体物合成[27-30,42-46]

1.5 垃圾焚烧过程中二恶英类化合物的治理技术进展

1.5.1 吸附消除

1.5.2 前驱体氯代芳烃的催化氧化消除

1.6 氯苯催化氧化分解的机理研究

1.7 本论文的工作思路

1.7.1 氯代芳烃低温高效催化氧化催化剂研究

1.7.2 氯代芳烃低温高效催化氧化催化剂制备技术的研究

1.7.3 载体对氯代芳烃催化氧化性能的影响

第二章 实验部分

2.1 化学试剂

2.2 催化剂制备

2.3 反应装置

2.4 催化剂的表征

2.4.1 X射线衍射(XRD)

2.4.2 扫描电镜表征(SEM)

2.4.3 透射电镜表征(TEM)

2.4.4 氮气物理吸附(N2 adsorption-desorption)

2.4.5 程序升温还原(Temperature-programmed reduction)

2.4.6 X-射线光电子能谱测试(XPS)

2.4.7 氧化还原滴定实验

2.4.8 粒径估算

第三章 MnOx/TiO2-CNTs催化剂上氯苯催化氧化性能研究

3.1 引言

3.2 催化剂的制备

3.3 催化剂的表征

3.3.1 XRD表征

3.3.2 BET表征

3.3.3 孔径分布和氮气吸附-脱附等温线

3.3.4 催化剂SEM表征

3.3.5 TPR表征

3.3.6 XPS表征

3.4 MnOx/TiO2-CNTs催化剂上氯苯的催化氧化性能

3.4.1 空速对氯苯的催化氧化性能的影响

3.4.2 载体对氯苯的催化氧化性能的影响

3.4.3 催化剂的稳定性

3.5 本章小结

第四章 CeO2-MnOx/TiO2-CNTS催化剂上氯苯的催化氧化性能研究

4.1 引言

4.2 催化剂的制备

4.2.1 CeO2-MnOx/TiO2-CNTs催化剂的制备

4.2.2 CeO2-MnOx-V2O4/TiO2-CNTs催化剂的制备

4.3 CeO2-MnOx/TiO2-CNTs催化剂的表征

4.3.1 CeO2-MnOx/TiO2-CNTs催化剂的XRD表征结果

4.3.2 CeO2-MnOx/TiO2-CNTs催化剂的SEM表征结果

4.4 CeO2的掺杂量对氯苯的催化氧化性能的影响

4.5 V2O5掺杂对氯苯的催化氧化性能的影响

4.6 本章小结

第五章 类钙钛矿型LaMnO3和LaVO4催化剂上氯苯催化氧化的研究

5.1 引言

5.2 钙钛矿结构及重要特性

5.2.1 氧吸附性

5.2.2 热稳定性

5.2.3 氧传输性

5.3 催化剂的制备

5.3.1 LaMnO3催化剂的制备

5.3.2 LaVO4催化荆的制备

5.4 催化剂的表征

5.4.1 催化剂的XRD表征

5.4.2 催化剂的SEM形态及BET分析

5.4.3 催化剂的孔径和孔容的分布

5.4.4 催化剂的TPR分析

5.5 类钙钛矿型LaMnO3和LaVO4催化剂上氯苯催化氧化的性能

5.6 Sr掺杂LaMnO3催化剂对氯苯的转化效率

5.7 类钙钛矿型LaMnO3和LaVO4催化剂上氨的催化氧化性能

5.8 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他科研成果