錳基VOCs催化燃燒催化劑改性及其性能研究
PM2.5和03已成為我國主要的大氣二次污染物,VOCs作為其重要的前體物,在復合型大氣污染的形成過程中起著關鍵作用。
在2015年3100萬噸的VOCs排放中,甲苯所占比例大。工業上主要采用貴金屬催化劑催化燃燒處理甲苯,雖然低溫催化活性高,
但催化劑成本高,價格昂貴,且易中毒。開發具有相同甲苯催化低溫活性且耐毒性高的低成本非貴金屬催化劑具有重要意義和應用價值。
錳基催化劑具有良好的氧化還原性能,且價格低廉。但是單一錳金屬氧化物催化劑活性較低、高溫下易發生相變失活,
因此對錳基催化劑進行修飾與改性,提高其熱穩定性和催化燃燒效率,具有較好的研究意義和實用價值。
本文采用非貴金屬Zr和Ce對錳金屬氧化物催化劑進行修飾,并對其進行SEM. BET、XRD、TEM、XPS、TGA-DSC和H2-TPR等一系列表征,
探討不同修飾元素對錳基催化劑的形貌、比表面積、孔體積、晶相、元素組成、熱穩定性和氧化還原性能的影響。
結果表明,Ce和Zr會影響錳基催化劑的形貌,改變錳基催化劑的晶格結構,促進Mn4+和晶格氧的生成。Zr修飾有助于提高錳基催化劑的熱穩定性,
而Ce修飾促進錳基催化劑氧化還原性能的提高。在催化劑活性表征方面,對于甲苯、乙酸乙酯和氯苯三種典型的VOCs污染物,Zr修飾錳基催化劑活性
只在氯苯的催化反應中有較大的提升。Ce修飾錳基催化劑雖然具有較好的甲苯和乙酸乙酯催化燃燒活性,但其抗氯中毒性能差。
而制備的Mn-Zr-Ce催化劑具有均一的介孔結構,較大的比表面積和孔體積,Mn4+和晶格氧含量均較高。在熱穩定性,氧化還原性,
抗氯中毒性及失活再生能力等方面均展現更佳的性能。本文采用Cu對Mn-Zr-Ce催化劑進行進一步修飾。
當Cu修飾比例為25%時,催化劑具有大的比表面積和孔體積,各活性組分均勻分布,表面活性氧含量、熱穩定性、氧化還原性能均得到提高。
催化活性結果表明,Cu修飾有利于催化劑的甲苯催化活性的提高,在260℃下連續運行48小時,甲苯降解率仍保持90%以上。
25%Cu-Mn-Zr-Ce催化劑的甲苯催化活性可與工業貴金屬催化劑相匹敵。同時,本文還對25%Cu-Mn-Zr-Ce催化劑上甲苯的降解途徑進行了一定的探究。
