La2MnCuO6-La2O3-MnxOy(x=1,3y=2,4)復合催化劑催化低濃度甲烷氧化的性能研究.pdf

1、本文采用溶膠-凝膠法制備了雙鈣鈦礦催化劑La2MnCuO6以及與之復合的不同氧化物助劑（La2O3，MnO2和Mn3O4），并在甲烷催化燃燒反應中測試實驗制備的復合催化劑的催化活性。不同催化劑的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)利用X-射線衍射、X射線光電子能譜、掃描電鏡、透射電鏡以及程序升溫還原反應等手段進行研究。
　　本文對于系列催化劑的研究主要從三個方面展開，第一，對比研究稀土雙鈣鈦礦催化劑La2MnCuO6與不同助劑MnO2/Mn3O4/L

2、a2O3復合的協(xié)同效應;第二，對比研究不同復合比例時，某一助劑對雙鈣鈦礦催化劑La2MnCuO6的改性增效作用;第三，橫向比較不同B位元素氧化物以及A/B位元素氧化物之間與A2BB'O6復合的協(xié)同效應。
　　實驗得到如下結(jié)論，XRD結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三個系列復合催化劑中同時存在La2MnCuO6和相應氧化物兩種物相;TEM測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復合催化劑中存在著兩種不同的晶格條紋，表明其確實是兩相共存的復合物;通過XPS對催化劑中各相關(guān)離子的價態(tài)

3、和含量的分析發(fā)現(xiàn)，更高含量的Mn4+和Olat均有利于活性提高。在催化活性方面，第一，當使用MnO2作為助劑時，助劑MnO2與單組分催化劑La2MnCuO6按照1∶1復合時獲得最佳的催化活性。與單組分催化劑 La2MnCuO6相比較，復合催化劑La2MnCuO6-MnO2的起燃溫度(T10)下降64.7℃（420℃→355.3℃），完全轉(zhuǎn)化溫度(T90)下降70℃（645℃→575℃）。根據(jù)活性數(shù)據(jù)計算得到，復合催化劑La2MnCuO6

4、-MnO2的表觀活化能相較于單組分催化劑La2MnCuO6也相應降低(68.8 kJ/mol→62.8 kJ/mol)，與活性測試結(jié)果一致。第二，當使用Mn3O4作為助劑時，Mn3O4與單組分催化劑La2MnCuO6按照1∶1的比例復合時獲得最佳的催化活性。與單組分催化劑La2MnCuO6相比較，復合催化劑La2MnCuO6-Mn3O4的起燃溫度(T10)下降了45℃(420℃→375℃)，完全轉(zhuǎn)化溫度(T90)下降了30℃(645℃→

5、615℃)。而復合催化劑La2MnCuO6-Mn3O4活化能Ea的降低(68.8 kJ/mol→65.7 kJ/mol)也與活性測試結(jié)果一致。第三，當使用La2O3作為助劑時，La2O3與單組分催化劑La2MnCuO6按照1∶1的比例復合時獲得最佳的催化活性。與單組分催化劑La2MnCuO6相比較，復合催化劑La2MnCuO6-La2O3的起燃溫度(T10)降低39℃(420℃→379℃)，完全轉(zhuǎn)化溫度(T90)降低43℃(645℃→6

6、02℃)。通過實驗結(jié)果計算發(fā)現(xiàn)，與單組分催化劑La2MnCuO6相比，復合催化劑La2MnCuO6-La2O3的表觀活化能明顯降低(68.8 kJ/mol→62.9 kJ/mol)，符合活性實驗結(jié)果。
　　綜合不同對比實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過復合合適的氧化物助劑可以顯著提高復合催化劑的催化性能，通過XPS測試和分析發(fā)現(xiàn)，催化劑中較高含量的Mn4+和晶格氧物種均有利于甲烷燃燒催化劑活性提高，并且向催化劑體系中直接加入Mn4+物種是一種可行