三維有序大孔Fe-,2-O-,3-的制備、表征及甲苯氧化催化性能的研究.pdf

1、多孔過渡金屬氧化物因高的比表面積、大的孔容和發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)而使其在電、磁、吸附和催化等物理和化學(xué)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。多孔材料中的介孔可以選擇性地容納客體分子，所具有的高比表面積有利于氣體分子吸附。介孔材料作為載體也有利于活性組分在其表面的分散。大孔結(jié)構(gòu)則可降低傳質(zhì)阻力和促使客體分子到達(dá)活性位。而同時(shí)兼有大孔和介孔雙?？捉Y(jié)構(gòu)的材料具有更優(yōu)異的性能。研究表明，過渡金屬氧化物對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物氧化反應(yīng)顯示出良好的催化活性，F(xiàn)e2O3是其中一種常

2、用的催化材料，能有效地催化有機(jī)物的氧化反應(yīng)。將Fe2O3制成孔壁為介孔的三維有序大孔(3DOM)材料，并用于催化消除揮發(fā)性有機(jī)物的研究目前尚無文獻(xiàn)報(bào)道。
　　 本文研究工作采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球作為硬模板和三嵌段共聚物EO20PO70EO20(P123)作為軟模板劑，合成了具有蠕蟲孔狀介孔孔壁的3DOM結(jié)構(gòu)的菱方相Fe2O3。采用XRD、HRSEM、HRTEM/SAED、TGA/DSC、FT-IR、H2-TPR、X

3、PS、UV-Vis和BET等技術(shù)表征了這些多孔材料的物化性質(zhì)，評(píng)價(jià)了其對(duì)典型揮發(fā)性有機(jī)物（即甲苯）氧化反應(yīng)的催化性能。結(jié)果表明，在合成過程中，不加表面活性劑P123可得到無孔孔壁的三維有序大孔α-Fe2O3:而加入P123則可獲得高質(zhì)量的具有較高比表面積(32～46m2/g)和多晶介孔孔壁的3DOMα-Fe2O3。表面活性劑P123對(duì)介孔結(jié)構(gòu)的形成起到關(guān)鍵作用。此外，對(duì)雙?？捉Y(jié)構(gòu)的氧化鐵的形成機(jī)理也進(jìn)行了討論。所得多孔α-Fe2O3的表

4、面具有多種價(jià)態(tài)的鐵離子（Fe3+和Fe2+）和表面吸附氧物種，但其鐵離子價(jià)態(tài)分布和表面吸附氧量存在差異。多孔氧化鐵比體相氧化鐵顯示更好的低溫還原性能。三維有序大孔骨架結(jié)構(gòu)和介孔孔壁的共存使得氧化鐵的帶隙能下降。在甲苯濃度為1000ppm、甲苯/氧氣的摩爾比為1/20和空速為20000mL/(g·h)條件下，由雙模板法在Fe/P123摩爾比=58條件下所合成處的Fe2O3樣品對(duì)甲苯完全氧化的催化活性最好，其中T50％和T90％（甲苯轉(zhuǎn)化率