稀土電氣石復(fù)合材料的制備及催化氧化甲烷性質(zhì)的研究.pdf

1、甲烷催化氧化技術(shù)在天然氣汽車尾氣、工業(yè)廢氣等環(huán)境污染治理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在甲烷催化劑中，稀土鈣鈦礦型LaCoO3和LaMnO3催化材料具有獨特的結(jié)構(gòu)特點和較好的穩(wěn)定性，但其催化活性仍有待提高。
　　本工作利用溶膠凝膠法和水熱法制備了系列LaCoO3/電氣石復(fù)合材料和LaMnO3/電氣石復(fù)合材料，研究了電氣石對兩種稀土鈣鈦礦材料前驅(qū)物形成、水熱晶化和甲烷催化活性的影響。采用XRD、BET、SEM、H2-TPR、XPS等分析方

2、法對稀土電氣石復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進行表征。在溶膠凝膠法制備過程中，電氣石產(chǎn)生的微電場能夠減小前驅(qū)物凝膠顆粒尺寸，降低焙燒后顆粒的團聚現(xiàn)象。當(dāng)電氣石添加量為2％時，兩種稀土電氣石復(fù)合材料的比表面積、表面氧含量和低溫氧化還原能力均有所提高。在水熱晶化過程中，反應(yīng)腔填充度、水熱溫度和電氣石添加量均對稀土電氣石復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和催化性能有較大影響。電氣石能夠加速稀土鈣鈦礦顆粒的溶解，降低稀土鈣鈦礦的晶體的生長速率，得到棒狀、珊瑚狀等微觀結(jié)構(gòu)

3、。當(dāng)電氣石的添加量為2%時，復(fù)合材料比表面積最大， LaCoO3/電氣石復(fù)合材料達到40.450 m2/g，約是水熱晶化前的4倍；LaMnO3/電氣石復(fù)合材料系列達到23.392 m2/g，約是水熱晶化前的2倍。復(fù)合材料表面出現(xiàn)大量的氧空位，表面氧含量和低溫氧化還原性能大幅增加。
　　稀土電氣石復(fù)合材料上的甲烷催化氧化符合 Rideal-Eley反應(yīng)機理，電氣石的紅外輻射性質(zhì)使甲烷分子熱運動加速，經(jīng)活化后的甲烷分子與復(fù)合材料的表面

4、氧不斷地發(fā)生氧化還原反應(yīng)，逐步形成產(chǎn)物及新的氧空位，反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)物從復(fù)合材料表面脫附，氧空位重新吸附氣相中的氧形成新的表面氧。稀土電氣石復(fù)合材料的甲烷催化活性和穩(wěn)定性測試表明，當(dāng)電氣石添加量為2%時，復(fù)合材料的催化活性最好。其中，溶膠凝膠法制備的LaCoO3/電氣石復(fù)合材料起燃溫度降低18℃，LaMnO3/電氣石復(fù)合材料起燃溫度降低34℃；水熱法制備的LaCoO3/電氣石復(fù)合材料起燃溫度降低65℃，LaMnO3/電氣石復(fù)合材料起燃溫度降