稀土复合锆柱撑蒙脱土及其负载催化剂的制备和构-效关系研究

摘要

工业释放的挥发性有机物(VOCs)已成为环境污染的重要来源。催化燃烧是控制VOCs最有效的方法。研究发现,载体在提高催化剂活性方面起着很重要的作用。与一般的催化剂载体相比,粘土作为天然的铝硅酸盐,由于价格便宜而具有很大的市场应用前景。柱撑改性后的粘土由于其多孔性、反应活性和热稳定性,在用作催化剂和催化剂载体方面更是引起了很大关注。此外,第二种阳离子如稀土元素的添加可有效的提高柱撑粘土的热稳定性和催化性能。由于稀土具有良好的助催化性能和储氧性能,将稀土元素用作助剂与贵金属或过渡金属组合使用,可以有效地提高催化剂的活性、耐久性和高温稳定性。 论文首先着重介绍了柱撑蒙脱土和复合金属柱撑蒙脱土的研究进展；然后介绍了目前用于处理VOCs的催化剂及载体,并展望柱撑蒙脱土有望成为一种性能优越的处理VOCs的催化剂载体；最后介绍了稀土用于催化燃烧的研究现状。 本工作制备出了一系列稀土(Ce,La,Pr,Y)复合Zr柱撑蒙脱土材料,运用多种实验技术(如:XRD,TEM,BET,H2-TPR等)对材料的结构和性能进行了表征,采用丙酮、甲苯和乙酸乙酯完全氧化反应作为探针考察了该材料的反应活性。由此筛选出较好的制备条件和稀土元素,发现掺杂Y的复合锆柱撑蒙脱土的催化性能相对较好。然后以此为载体负载Pd、Co、Fe和Ce活性组分,通过改变催化剂的制备条件和活性组分负载量,从中筛选出催化剂合理的配方和最优操作条件。最后对筛选出的催化剂进行了稳定性实验。 另外利用TEM、N2的吸附-脱附、H2-TPR、EDX等分析测试手段,对催化剂的表面形貌、孔结构和还原能力进行了表征和分析。结果发现在新型改性蒙脱土载体上负载过渡金属制得的催化剂,可达到与贵金属催化剂相同的催化氧化VOCs性能。

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第一章文献综述

第一节柱撑蒙脱土及其研究现状

1.1.1蒙脱土的结构性能

1.1.2交联剂的研究进展

1.1.3柱撑蒙脱土的制备

1.1.4柱撑蒙脱土的特性

1.1.5柱撑蒙脱土的应用

第二节复合金属柱撑蒙脱土研究进展

1.2.1复合铝基柱撑蒙脱土

1.2.2复合锆基柱撑蒙脱土

1.2.3其它复合柱撑蒙脱土

1.2.4复合金属柱撑蒙脱土的表征

1.2.5复合金属柱撑蒙脱土的应用

第三节催化燃烧法消除VOCs的研究进展

1.3.1 VOCs净化催化剂

1.3.2 VOCs净化催化剂载体

第四节稀士用于催化燃烧催化剂的研究现状

1.4.1助催化剂

1.4.2稳定剂和分散剂

第五节立题依据和研究内容

1.5.1立题依据

1.5.2研究内容

参考文献:

第二章实验材料、研究方法及表征手段

第一节化学试剂与实验仪器

第二节催化剂的制备

2.2.1蒙脱土的钠型交换

2.2.2稀土(Re)复合锆柱撑蒙脱土的制备

2.2.3稀土复合锆柱撑蒙脱土负载催化剂的制备

第三节催化剂的活性评价

2.3.1浓度工作曲线的制定

2.3.2催化剂活性评价方法及装置

第四节催化剂的表征

2.4.1 X-射线衍射(XRD)测定

2.4.2透射电镜(TEM)分析

2.4.3比表面积、氮气吸附-脱附曲线和孔结构的测定

2.4.4程序升温还原(H2-TPR)测定

2.4.5 X-射线能谱(EDX)测定

2.4.6 X-射线荧光(XRF)测定

第三章不同稀土复合锆柱撑蒙脱土的合成及其对VOCs催化氧化性能的研究

第一节实验部分

3.1.1锆柱撑蒙脱土、稀土复合锆柱撑蒙脱土的制备

3.1.2样品的活性评价

3.1.3样品的表征

第二节结果与讨论

3.2.1交联剂含量对载体Zr-Y-MMT催化活性和结构的影响

3.2.2不同Zr/Y比对载体Zr-y-MMT催化活性和结构的影响

3.2.3掺杂不同稀土元素对样品催化活性和还原性能的影响

3.2.4钇的掺杂对蒙脱土催化活性和结构的影响

第三节结论

参考文献:

第四章钇复合锆柱撑蒙脱土负载贵金属催化剂的催化活性和结构性能研究

第一节实验部分

4.1.1催化剂的制备

4.1.2催化剂活性评价

4.1.3催化剂的表征

第二节结果与讨论

4.2.1水合肼还原与否对催化活性的影响

4.2.2浸渍时间对催化活性的影响

4.2.3 Pd负载量对催化活性和结构的影响

4.2.4载体对负载Pd催化剂催化活性的影响

第三节结论

参考文献:

第五章钇复合锆柱撑蒙脱土负载过渡金属催化剂的催化活性和结构性能研究

第一节实验部分

5.1.1催化剂的制备

5.1.2催化剂活性评价

5.1.3催化剂的表征

第二节结果与讨论

5.2.1 Co负载量对催化活性和结构的影响

5.2.2载体对负载Co催化剂催化活性的影响

5.2.3 Fe负载量对催化剂催化活性和结构的影响

第三节结论

参考文献:

第六章钇复合锆柱撑蒙脱土负载稀土催化剂的催化活性和结构性能研究

第一节实验部分

6.1.1催化剂的制备

6.1.2催化剂活性评价

6.1.3催化剂的表征

第二节结果与讨论

6.2.1 Ce负载量对催化活性和结构的影响

6.2.2负载过渡金属Co、Fe和稀土金属Ce催化剂的催化性能比较

6.2.3负载贵金属和非贵金属催化剂的催化性能比较

第三节结论

参考文献:

作者简介

硕士期间发表和拟发表的论文

致谢