负载型钙钛矿催化剂上丙烯腈催化燃烧的研究

摘要

我国对于丙烯腈废气排放的控制日益重视，运用催化手段处理丙烯腈废气是目前研究的热点。钙钛矿以应用广泛、种类多样、氧化还原能力强、热稳定性好、廉价易得等优势受到广泛关注。将钙钛矿应用于丙烯腈催化燃烧体系，筛选出优秀组分，再将活性组分负载在载体上，筛选出最佳的负载型钙钛矿催化剂是本文的主线。
　　本文通过柠檬酸自燃烧法合成LaBO3(B-Fe、Co、Mn和Cr)与La2CuO4，活性评价与H2-TPR的结果很好的关联上，实验表明La2CuO4的N2产率最高。Cu元素能极大提高催化剂的低温N2选择性，通过B位掺杂Cu得到最佳催化剂为LaFe0.8Cu0.2O3，250℃时丙烯腈转化率能达到93％，300℃时达到100％，且N2产率能达到80％。在此基础上探索了不同掺Cu量的LaFeO3的催化活性。
　　以LaFeO3和LaFe0.6Cu0.4O3作为催化剂，通过原位漫反射红外技术探索丙烯腈催化燃烧的反应机理。实验结果显示B位Cu的掺杂对丙烯腈催化燃烧反应机理影响巨大。对比LaFeO3，Cu的出现使丙烯腈上的C分子更易被氧化，生成丙二酸盐，导致催化活性增强;并且使硝酸盐和亚硝酸盐的生成减少，使N2选择性提高。
　　基于以上结论，尝试通过不同方法不同载体合成负载型钙钛矿，发现改性的柠檬酸络合浸渍法优于传统柠檬酸络合浸渍法。通过改性的柠檬酸络合浸渍法得出活性最高的催化剂为s-Zr-67％-2，但其氧化性强，N2选择性低。s-Al-67％-2具有最佳的N2产率，最佳负载比为67％。通过不同氧浓度下测试发现它的N2产率比LaFe0.8Cu0.2O3具有明显优势，在富氧浓度下N2产率也能保持在50％以上。最后通过对s-Al-67％-2与LaFe0.8Cu0.2O3的抗硫抗水稳定性测试，发现无论是在抗硫还是抗水稳定性上s-Al-67％-2都体现出明显优于LaFe0.8Cu0.2O3的特性。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 丙烯腈废气污染概述

1．2 丙烯腈废气处理技术现状

1．2．1 吸收法和吸附法

1．2．2 生物处理法

1．2．3 直接燃烧法

1．2．4 催化燃烧法

1．3 钙钛矿型复合氧化物

1．3．1 钙钛矿的特性

1．3．2 钙钛矿的制备方法

1．4 负载型钙钛矿

1．4．1 负载型钙钛矿的载体

1．4．2 负载型钙钛矿的合成方法

1．5 本文研究内容

第二章 实验部分

2．1 催化剂的合成

2．1．1 合成催化剂的试剂与仪器

2．1．2 合成催化剂的方法

2．2 催化剂的表征

2．2．1 晶型测试

2．2．2 比表面积测试

2．2．3 氧化还原能力测试

2．2．4 表面元素测试

2．3 催化剂的性能评价与反应机理研究

2．3．1 催化剂测试所需试剂与仪器

2．3．2 催化剂的活性评价

2．3．3 催化剂的抗硫抗水稳定性

2．3．4 催化剂的反应机理

第三章 不同B组分钙钛矿的表征和活性评价

3．1 不同B组分钙钛矿的表征结果及讨论

3．1．1 不同B组分钙钛矿的XRD与BET结果

3．1．2 不同B组分钙钛矿的H2-TPR结果

3．1．3 不同B组分钙钛矿的XPS结果

3．2 不同B组分钙钛矿及锐钛矿的丙烯腈催化燃烧活性评价

3．3 本章小结

第四章 LaB0．8Cu0．2O3(B-Fe、Cr、Mn和Co)的表征和活性评价

4．1 LaB0．8Cu0．2O3(B-Fe、Cr、Mn和Co)的表征结果及讨论

4．1．1 LaB0．8Cu0．2O3(B-Fe、Cr、Mn和Co)的XRD与BET结果

4．1．2 LaB0．8Cu0．2O3(B-Fe、Cr、Mn和Co)的H2-TPR结果

4．1．3 LaB0．8Cu0．2O3(B-Fe、Cr、Mn和Co)的XPS结果

4．2 LaB0．8Cu0．2O3(B-Fe、Cr、Mn和Co)的丙烯腈催化燃烧活性评价

4．3 本章小结

第五章 LaFe1-xCuxO3的表征、活性评价和反应机理

5．1 LaFe1-xCuxO3(x=0、0．1、0．2和0．4)的表征结果及讨论

5．1．1 LaFe1-xCuxO3(x=0、0．1、0．2和0．4)的XRD与BET结果

5．1．2 LaFe1-xCuxO3(x=0、0．1、0．2和0．4)的H2-TPR结果

5．1．3 LaFe1-xCuxO3(x=0、0．1、0．2和0．4)的XPS结果

5．2 LaFe1-xCuxO3(x=0、0．1、0．2和0．4)的丙烯腈催化燃烧活性评价

5．3 LaFe1-xCuxO3的丙烯腈催化燃烧反应机理

5．3．1 LaFeO3的丙烯腈催化燃烧机理研究

5．3．2 LaFe0．6Cu0．4O3上丙烯腈催化燃烧的机理研究

5．4 本章小结

第六章 不同方法和载体合成的负载型钙钛矿的表征和活性评价

6．1 不同方法和载体合成的负载型钙钛矿的表征结果

6．1．1 负载型钙钛矿的XRD结果

6．1．2 负载型钙钛矿的H2-TPR结果

6．1．3 负载型钙钛矿的BET与XPS结果

6．2 不同方法和载体合成的负载型钙钛矿的活性评价

6．2．1 方法一合成的负载型钙钛矿的活性评价

6．2．2 方法二合成的负载型钙钛矿的活性评价

6．3 不同铝源和方法合成的负载型钙钛矿的对比

6．3．1 不同铝源和方法合成的负载型钙钛矿的表征

6．3．2 不同铝源和方法合成的负载型钙钛矿的活性评价

6．4 本章小结

第七章 LaFe0．8Cu0．2O3／Al2O3的表征和活性评价

7．1 不同负载比的LaFe0．8Cu0．2O3／Al2O3的表征结果

7．1．1 不同负载比的LaFe0．8Cu0．2O3／Al2O3的XRD与BET结果

7．1．2 不同负载比的LaFe0．8Cu0．2O3／Al2O3的H2-TPR结果

7．2 不同负载比的LaFe0．8Cu0．2O3／Al2O3的活性评价

7．3 不同氧浓度下LaFe0．8Cu0．2O3／Al2O3的活性评价

7．4 本章小结

第八章 催化剂的抗硫与抗水稳定性

8．1 全温度窗口下的抗硫稳定性

8．2 全温度窗口下的抗水稳定性

8．3 抗硫与抗水稳定性随时间的变化

8．4 本章小结

第九章 结论

参考文献

致谢

作者和导师简介