結(jié)構(gòu)型催化氧化催化劑及在有機(jī)污染物降解中的應(yīng)用.pdf

1、為降解揮發(fā)性有機(jī)物，并解決揮發(fā)性有機(jī)物帶來的環(huán)境問題，分別以γ-Al2O3、SiO2為載體，以V2O5、TiO2、V2O5-TiO2作為活性成分，采用溶膠-凝膠法負(fù)載TiO2和浸漬法負(fù)載 V2O5，制備出了負(fù)載型催化劑。同時，以甲苯的催化氧化為模型反應(yīng)，建立了動態(tài)催化氧化反應(yīng)體系。利用該反應(yīng)體系研究了催化劑的催化活性，以及影響催化性能的因素。
　　通過對不同載體不同活性組分催化劑的活性測試，可以得出V2O5-TiO2/SiO2對甲

2、苯的降解能力最強(qiáng)。同時，對載體粒徑、不同前驅(qū)物及催化劑負(fù)載量與催化劑性能的關(guān)系進(jìn)行了測試和分析，得出γ-Al2O3最佳載體粒徑為60～80目；采用偏釩酸銨的乙二酸溶液作為前驅(qū)物制備的催化劑效果最好；V2O5的最佳負(fù)載量為1wt.％，V/Ti比值為0.127。
　　對催化反應(yīng)中的三個主要因素：反應(yīng)溫度、進(jìn)氣流量、進(jìn)氣濃度進(jìn)行了研究。實驗結(jié)果表明V2O5-TiO2/SiO2催化劑具有較低的起燃溫度，而且它對甲苯的去除率隨溫度的升高迅速

3、上升，和貴金屬的催化特性相似；進(jìn)氣流量及濃度的增加，并沒有使V2O5-TiO2/SiO2催化劑對甲苯的去除效果發(fā)生太大的變化；相反卻導(dǎo)致V2O5-TiO2/Al2O3催化劑對甲苯去除率的降低。與V2O5-TiO2/Al2O3相比，V2O5-TiO2/SiO2具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。
　　采用 XRD、SEM、EDX、XPS對制備的催化劑的體相結(jié)構(gòu)和表面特性進(jìn)行了表征。結(jié)合表征和活性測試的結(jié)果，分析了催化劑結(jié)構(gòu)與催化性能之間的關(guān)系。結(jié)

4、果發(fā)現(xiàn)較少的 V2O5負(fù)載量使得 V離子嵌入了TiO2的晶體結(jié)構(gòu)中，而不是形成晶形V2O5，并形成了V-O-Ti鍵；TiO2與 SiO2發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),有Ti-O-Si鍵形成，而對于Al2O3載體來說，TiO2和它之間只是簡單的物理結(jié)合。由活性測試的結(jié)果可看出，這些化學(xué)鍵有可能是催化劑的活性位，它們的生成有利于提高催化劑的催化性能，有利于增加催化劑各組分間的結(jié)合力，增強(qiáng)催化劑的強(qiáng)度。
　　分別以γ-Al2O3、SiO2為載體，Cu

5、O為活性組分，添加Ce，用浸漬法制備了負(fù)載型催化劑。同時，以甲苯的催化氧化為模型反應(yīng)，建立了動態(tài)催化氧化反應(yīng)體系。利用該反應(yīng)體系研究了催化劑的催化活性，以及影響催化性能的因素。
　　在以不同載體制備的各種催化劑中，以60～80目的γ-Al2O3作載體的催化劑對甲苯的去除效果最好。相對于CuO/Al2O3催化劑，添加Ce后的 CuO-CeO2/Al2O3催化劑對甲苯催化氧化的起燃溫度和完全轉(zhuǎn)化溫度均有明顯的降低。研究表明，當(dāng)以60～

6、80目的γ-Al2O3作載體，Cu的負(fù)載量為5wt.%，Cu與Ce的比為1:1，催化劑的焙燒溫度為500℃，焙燒時間為6小時的CuO-CeO2/Al2O3催化劑的催化活性最高。
　　針對甲苯和二甲苯催化反應(yīng)中的三個主要因素（反應(yīng)溫度、空速、進(jìn)氣濃度）進(jìn)行了研究。在測試范圍內(nèi)，CuO-CeO2/Al2O3對甲苯的最佳空速為8000h-1，對CuO/Al2O3為6000h-1。以二甲苯為目標(biāo)物的催化性能影響因素實驗所得結(jié)果與甲苯的相似

7、，CuO-CeO2/Al2O3和CuO/Al2O3的最佳空速均為8000h-1。和催化氧化甲苯的實驗相比，CuO/Al2O3催化劑對二甲苯的處理效果相對較好，在不同的空速和進(jìn)氣濃度下去除率都在90%以上，雖然能夠達(dá)到二甲苯去除要求，但與CuO-CeO2/Al2O3相比仍不能達(dá)到最佳的處理效果。CuO-CeO2/Al2O3催化劑具有較強(qiáng)的抗沖擊能力，能夠更好的適用于實際應(yīng)用中。
　　采用 XRD、SEM、EDX、XPS對所制備的催化

8、劑進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，添加了鈰后的CuO-CeO2/Al2O3催化劑表面氧化物顆粒的粒徑有所減小，分散也更為均勻。在CuO/Al2O3催化劑中添加適量的CeO2可促進(jìn)催化劑表面Cu+含量的增加，從而有利于甲苯、二甲苯催化氧化活性的提高。
　　為實現(xiàn)用NH3對NOx的選擇性催化還原，研究了一種V2O5/TiO2/Al2O3/Al金屬絲網(wǎng)蜂窩催化劑。以鋁絲網(wǎng)為載體，先對其進(jìn)行陽極氧化，使其表面變得多孔易于吸附，然后用溶膠凝膠方法負(fù)載

9、 TiO2，最后采用浸漬法負(fù)載V2O5；制成 V2O5/TiO2/Al2O3/Al篩網(wǎng)蜂窩型催化劑。這種催化劑具有高開孔結(jié)構(gòu)，較高的傳質(zhì)系數(shù)和適中的壓力降。而且金屬篩網(wǎng)良好的延展性，使其具有可變性，適合于各種形狀反應(yīng)器的安裝。此外，該催化劑具有機(jī)械強(qiáng)度高、抗震性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。與此同時，采用60～80目的氧化鋁小球為載體，用同樣的方法負(fù)載同樣的組分，制成V2O5/TiO2/Al2O3催化劑，用于與篩網(wǎng)蜂窩催化劑做比較。
　　對

10、兩種催化劑進(jìn)行活性考察，結(jié)果表明兩種催化劑具有較寬的活性溫度范圍，在200～400℃下得到較好的處理效果，其中篩網(wǎng)蜂窩催化劑的最高 NO轉(zhuǎn)化率為86%，粉末催化劑為93.8%；兩種催化劑均能在較大的空速范圍內(nèi)有較好的處理效果；對于兩者來說提高氨氮比和進(jìn)料氣濃度都可以提高NO的轉(zhuǎn)化率。采用XRD、SEM、EDX、XPS對制備的催化劑進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，在TiO2煅燒的過程中發(fā)生了燒結(jié)，鋁網(wǎng)上的氧化鋁與二氧化鈦粘結(jié)在一起，在篩網(wǎng)蜂窩催化劑

11、上較好地負(fù)載了TiO2；少量的V2O5負(fù)載到載體上，在載體上并未發(fā)現(xiàn)V2O5晶型。對兩種催化劑進(jìn)行了反應(yīng)動力學(xué)的初步研究。研究結(jié)果認(rèn)為V2O5/TiO2催化劑進(jìn)行選擇性催化還原NO是按Eley-Rideal機(jī)理進(jìn)行的，為一級反應(yīng)。篩網(wǎng)蜂窩催化劑在低溫下反應(yīng)主要受化學(xué)動力學(xué)的控制，高溫下反應(yīng)受傳質(zhì)控制。
　　為探索組合電化學(xué)催化和光催化氧化過程降解反應(yīng)性黑5的可行性，在三種不同的金屬絲網(wǎng)電極上研究了染料反應(yīng)性黑5的電化學(xué)催化氧化和光

12、助電化學(xué)催化氧化。它們是H2氣氛中，800℃燒結(jié)10小時涂鈦的金屬絲網(wǎng)電極；H2氣氛中，800℃下燒結(jié)10小時然后在空氣中600℃煅燒3小時的TiO2/Ti涂層金屬絲網(wǎng)電極和純鈦金屬絲網(wǎng)電極。試驗結(jié)果表明以HCl為支持電解質(zhì)和添加劑，對染料反應(yīng)性黑5處理20分鐘的脫色率：H2氣氛中，800℃燒結(jié)10小時涂鈦的金屬絲網(wǎng)電極和 H2氣氛中，800℃下燒結(jié)10小時然后在空氣中600℃煅燒3小時的 TiO2/Ti涂層金屬絲網(wǎng)電極上高達(dá)85%。在