钙钛矿型催化剂催化燃烧VOCs的活性、抗毒性和稳定性研究

摘要

催化燃烧法是处理大气污染物挥发性有机化合物VOCs的有效方法之一，工业VOCs尾气中常混有硫、卤素等化合物，易造成催化剂中毒失活而降低反应效率。论文基于钙钛矿型复合金属氧化物催化剂，以甲苯、二氯甲烷催化燃烧为模型反应，考察了催化剂对含硫、氯VOCs的抗毒性及200h反应稳定性。 用共沉淀法制备了La0.8Cu0.2MnO3、La0.8Sr0.2MnO3和La0.8Mg0.2MnO3三种钙钛矿型复合氧化物催化剂。甲苯催化燃烧活性测试表明，三种催化剂均可使甲苯在350℃内完全燃烧，La0.8Sr0.2MnO3比La0.8Cu0.2MnO3和La0.8Mg0.2MrO3(T99=350℃)有更好的催化活性和反应稳定性，以La0.8Sr0.2MnO3为活性中心体制成的整体负载型催化剂对丙酮等4种VOCs具有较好的催化燃烧效果。 通过二氯甲烷催化燃烧性能测试，结果表明，三种钙钛矿催化剂对含氯有机废气二氯甲烷均表现出较好的活性，完全燃烧温度为420℃～440℃。尾气经傅里叶变换红外光谱仪分析，结果表明二氯甲烷催化燃烧生成的产物为CO2、H2O和少量HC1。200h稳定性测试结果发现，催化剂没有出现失活现象，说明钙钛矿催化剂具有良好的抗氯性。 以SO2作为无机硫，正十二硫醇作为有机硫，通过在甲苯有机废气中掺杂10～60ppm的硫物种，经200h反应测试催化剂催化燃烧甲苯的稳定性，结果表明，在无机硫存在下，三种钙钛矿型催化剂均不同程度地发生中毒失活，但La0.8Sr0.2MnO3催化剂失活速率最慢，并且具有较好的抗有机硫特性。经过中毒可逆性测试发现，无机硫中毒为可逆中毒，在无SO2存在下，随着反应的进行，催化剂活性有所恢复。用XRD、BET。和XPS等技术对硫中毒前后催化剂进行了表征，结果表明，由于含硫气体SO2和正十二硫醇中的S与催化剂中的金属原子(Cu、Sr、Mg)结合生成了硫酸盐化合物，使催化剂钙钛矿型结构遭到破坏，并且在表面屏蔽了活性位，致使催化剂失活。

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本文研究的主要内容

第二章 文献综述

2.1 VOCs催化燃烧技术简介

2.1.1 VOCs简介

2.1.2 VOCs的催化燃烧处理技术

2.2催化剂性能研究

2.2.1催化剂种类

2.2.2催化剂失活研究及防治

2.2.3催化剂再生还原研究

2.3贵金属催化剂

2.3.1贵金属催化剂的催化活性

2.3.2贵金属催化剂的抗毒性

2.3.3贵金属催化剂的稳定性

2.4非贵金属催化剂

2.4.1非贵金属催化剂的催化稳定性

2.4.2非贵金属催化剂的抗毒性

2.5钙钛矿型催化剂

2.5.1钙钛矿型催化剂的催化性能

2.5.2钙钛矿型催化剂的抗毒性

2.5.3钙钛矿型催化剂的稳定性

2.6钙钛矿型催化剂制备方法

2.6.1机械混合法

2.6.2共沉淀法

2.6.3溶胶-凝胶法

2.6.4微乳液法

第三章 实验部分

3.1催化剂制备

3.1.1主要实验药品

3.1.2催化剂制备

3.2催化剂表征分析

3.2.1 XRD测试

3.2.2 BET测试

3.2.3平均晶粒尺寸

3.2.4 SEM扫描电镜分析

3.2.5 XPS表征

3.3催化剂活性及稳定性评价实验

3.3.1实验流程

3.3.2评价条件

3.4催化剂抗毒性评价实验

3.4.1实验流程

3.4.2评价条件

3.5催化燃烧产物分析

第四章 钙钛矿型催化剂处理甲苯等VOCs的活性和稳定性

4.1催化剂的制备

4.2催化剂表征分析

4.2.1 XRD表征结果分析

4.2.2 BET表征结果分析

4.2.3粒径估算

4.2.4 SEM扫描结果分析

4.3催化剂活性评价

4.3.1温度对催化剂催化燃烧甲苯的影响

4.3.2浓度对催化剂催化燃烧甲苯的影响

4.3.3空速对催化剂催化燃烧甲苯的影响

4.4.催化剂稳定性评价

4.5La0.8Sr0.2MnO3催化剂催化燃烧多种VOC活性评价

4.6 VOCs降解产物分析

4.7小结

第五章 钙钛矿型催化剂处理含氯VOCs的活性和稳定性

5.1催化剂的制备及表征

5.2催化剂活性评价

5.2.1温度对催化剂催化燃烧二氯甲烷的影响

5.2.2浓度对催化剂催化燃烧二氯甲烷的影响

5.3催化剂稳定性评价

5.4催化降解产物分析

5.5小结

第六章 钙钛矿型催化剂处理含硫VOCs的抗毒性和稳定性

6.1催化剂的制备及表征

6.2催化剂抗硫性评价

6.2.1催化剂对SO2抗性评价

6.2.2催化剂对C12H25SH抗性评价

6.2.3催化剂抗硫可逆性评价

6.3小结

第七章 催化剂硫中毒原因初探

7.1中毒催化剂的BET表征及分析

7.2中毒催化剂的XRD表征及分析

7.3中毒催化剂的XPS表征及分析

7.4小结

第八章 结论与展望

8.1结论

8.2有待进一步研究的问题

参考文献

致 谢

攻读学位期间发表的论文