CeO2-CrOx复合氧化物催化剂上CVOCs催化氧化性能的研究

摘要

CVOCs是一类常见的大气污染物，不仅会对环境造成极为恶劣的影响，而且对人体健康有着极大的危害。随着工业的发展，CVOCs因具有良好溶解性能和高稳定性而在化工过程中得到广泛的应用，因此而造成的环境问题日益引起人们的重视。近年来，关于CVOCs排放方面的环保立法也越来越严格。对回收利用价值不高的含氯VOCs有多种销毁方法，其中催化氧化是因为起燃温度低、能耗小、二次污染小而被认为是最节能高效且经济可行的方法，因此近年来相关催化材料的研究受到人们广泛关注。
　　 本论文中，我们选用共沉淀法（超临界干燥）制备了CeO2-CrOx复合氧化物催化剂，比较系统地研究了铈铬比例对CeO2-CrOx催化剂上DCE催化氧化性能的影响。并在此基础上，进一步研究了不同制备方法及制备条件对CeO2-CrOx催化剂(Ce/Cr摩尔比为2∶1，标记为Ce/Cr-2/1)上DCE氧化性能的影响，并通过原位红外表征技术探讨了CeO2-CrOx催化剂(Ce/Cr-2/1)上DCE、DCM、TCE和CB催化降解的反应机理。同时通过XRD、BET、XPS、UV-Raman、SEM、 H2-TPR(、)NH3-TPD和DCE-TPSR等技术手段对催化剂的物相结构、比表面积及孔结构、氧化还原性质和表面酸性质等物理化学性质进行了表征分析，主要得到以下结果:
　　 1.研究了不同铈铬比例的CeO2-CrOx复合氧化物催化剂上DCE的催化氧化性能。结果表明，相较于单纯的CeO2，不同铈铬比例的复合氧化物催化剂对DCE的催化氧化活性均有不同程度提高，其中Ce/Cr-2/1上DCE的氧化活性最好，只检测到极微量的CH3Cl等含氯副产物产生。适当比例Ce-Cr的复合可提高催化剂的结构稳定性、氧流动性、还原能力、催化剂表面酸量及强弱酸比例，从而有利于DCE的吸附活化及进一步脱氯深度氧化降解、催化剂耐久性的提高。
　　 2.对比研究了共沉淀法（超临界干燥）、微乳液法、溶胶凝胶法和均匀沉淀法制备的CeO2-CrOx复合氧化物(Ce/Cr-2/1)上DCE的催化氧化性能。结果表明，共沉淀法（超临界干燥）制备的CeO2-CrOx-C具有更多的氧空穴和Cr6+物种，以及较高的强弱酸比例和还原能力，因此该催化剂对DCE的催化氧化活性最高。进一步研究了共沉淀过程中的pH条件及干燥方法对CeO2-CrOx复合氧化物(Ce/Cr-2/1)上DCE催化氧化性能的影响。结果表明，在pH值为10.0和超临界干燥条件下制备的催化剂上DCE的催化降解活性最好。超临界过程有利于使催化剂形成较多的介孔结构、较大的吸附容量，更多的氧空穴和较高的还原能力，以及更高的强弱酸比例，从而有利于DCE的深度氧化降解。
　　 3.研究了单纯CeO2和Cr2O3以及CeO2-CrOx催化剂(Ce/Cr-2/1)上DCE、DCM、TCE和CB四种分子结构不同的CVOCs的催化氧化性能，并初步探讨了DCE、DCM、TCE和CB催化氧化的反应机理。结果表明，不同种类的CVOCs反应物在CeO2-CrOx催化剂(Ce/Cr-2/1)上催化氧化活性顺序为:TCE＞DCE＞CB＞ DCM。一般来说，各种CVOCs在催化剂上发生催化降解时，首先在催化剂的酸性位上吸附，并通过脱氯降解脱去一份HCl后，在催化剂表面氧物种的作用下形成羰基物种并进一步氧化形成羧酸类物种，最后，羧酸化合物被彻底降解成COx和H2O。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 CVOCs概述

1．3 CVOCs废气处理技术

1．4 CVOCs催化氧化催化剂的研究进展

1．5 立题依据和研究内容

1．5．1 立题依据

1．5．2 研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验仪器与试剂

2．2 催化剂的制备

2．2．1 不同铈铬比例CeO2-CrOx复合氧化物的制备

2．2．2 不同方法制备CeO2-CrOx复合氧化物

2．2．3 不同条件制备CeO2-CrOx复合氧化物

2．3 催化剂的活性评价

2．3．1 催化剂的活性评价

2．3．2 尾气中HCl和Cl2的选择性测定

2．4 催化剂的表征方法

第三章 铈铬比例对CeO2-CrOx催化剂上DCE催化氧化性能的影响

3．1 引言

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 不同比例CeO2-CrOx催化剂上DCE的氧化性能

3．2．2 CeO2-CrOx催化剂的稳定性研究

3．3 小结

第四章 制备方法及制备条件对CeO2-CrOx催化剂上DCE催化氧化性能的影响

4．1 引言

4．2 实验结果与讨论

4．2．1 制备方法对CeO2-CrOx催化剂上DCE的催化氧化性能的影响

4．2．2 制备条件对CeO2-CrOx催化剂上DCE的催化氧化性能的影响

4．3 小结

第五章 CeO2-CrOx催化剂上DCE、DCM、TCE和CB催化降解机理的探讨

5．1 引言

5．2 实验结果与讨论

5．2．1 DCE催化降解机理的探讨

5．2．2 DCM催化降解机理的探讨

5．2．3 TCE催化降解机理的探讨

5．2．4 CB催化降解机理的探讨

5．2 小结

第六章 全文总结

参考文献

作者简介

硕士期间申请专利、发表论文和投稿情况