铂催化剂上HCHO、CO低温催化氧化研究

摘要

甲醛是室内装修时最严重的污染之一,对人体健康有极大危害,因此,越来越多的研究者开始关注室内甲醛的低温消除。在众多甲醛消除技术中,催化氧化技术可以在较低温度下将甲醛氧化成无毒的CO2和H2O。Pt系贵金属则具有高活性高稳定性等特点,甚至在室温下即可将低浓度的甲醛完全转化为CO2和H2O。而CeO2由于具有可变的价态,Ce4+／Cd3+之间的能快速氧化／还原过程以及优良的储存氧能力(OSC)等特点被广泛应用于催化领域。因此,本论文中我们制备了一系列Pt／CeO2催化剂,并对其HCHO和CO的催化氧化性能进行了研究。研究工作的主要内容和结论如下:
　　 1.以溶胶凝胶法制备的CeO2为载体,采用浸渍法制备了负载型Pt催化剂用于低温甲醛氧化反应,并考察了Pt前躯体及Pt负载量等因素对催化性能的影响。XRD、TEM和CO化学吸附表征结果表明Pt粒子在载体上高度分散。反应结果表明以Pt(NO3)2为前躯体比H2PtCl6为前躯体制备的催化剂表现出更好的反应性能,Cl-离子的存在降低了催化剂的氧化还原能力,从而抑制了催化活性。此外,催化剂的活性随着Pt负载量的增加而增强,其中Pt负载量为3％时催化剂在30℃时甲醛转化率仍在80％以上。并且通过原位红外漫反射光谱的研究提出了Pt／CeO2催化剂上甲醛催化氧化反应的可能机理:甲醛先在Pt／CeO2催化剂上进行吸附,然后与活泼的氧发生反应,生成碳酸盐形式的中间产物,随后解离为气态CO2和H2O。
　　 2.用不同载体负载Pt后发现其催化氧化甲醛和一氧化碳的催化性能不同,表明载体性质在两种反应中起到了关键作用。惰性载体不参与反应,无法促进氧的活化因而催化剂活性较低。采用溶胶凝胶法制备了不同比表面的Pt／CeO2催化剂,研究发现比表面积为34 m2 g-1的催化剂其催化氧化甲醛和一氧化碳的性能最佳,这可能和催化剂中含有相对高的氧缺位浓度以及金属-载体之间的相互作用有关。
　　 3.以CeO2及Ce1-xLaxO2-d等复合氧化物为载体,采用浸渍法制备了负载型Pt催化剂用于低温甲醛和一氧化碳氧化反应研究,发现掺杂一定量稀土元素(La、Nd、Sm)的催化剂其催化效果与纯CeO2相比并没有明显增强,表明载体在反应中起到的作用仍需做进一步研究。