VOCs凈化用銅錳復合氧化物催化劑的研究.pdf

1、近年來，非貴金屬催化劑因其低成本和高催化活性等優(yōu)點被廣泛研究用于揮發(fā)性有機物(VOCs)的凈化處理，銅錳復合氧化物催化劑屬于其中的典型代表。本文采用尿素作沉淀劑，通過水熱均勻沉淀法制備了一系列銅錳復合氧化物催化劑。以甲苯催化燃燒為探針反應研究了催化劑的催化性能，并結合多種表征手段進行了分析，探討了催化機理。主要研究內容和結果如下：
　　 考察了原料銅錳摩爾比、焙燒溫度、水熱溫度、水熱時間、尿素加入量等制備條件，以及工藝條件(甲苯

2、濃度、空速大小)對銅錳復合氧化物催化劑性能的影響。隨著銅錳摩爾比降低，有利于活性相Cu0.451Mn0.549O2的生成，比例過大或者過小，會分別產生大量雜相CuO或Mn2O3晶相，不利于甲苯催化燃燒。未焙燒和400℃低溫焙燒催化劑主要以MnCO3為主，焙燒溫度超過600℃，開始出現大量Mn2O3的晶相。只有500℃焙燒時主要晶相為Cu0.451M0.549O2，其催化性能最佳。水熱溫度和水熱時間對銅錳復合氧化物晶相生成、晶型改變影響很

3、大。水熱溫度150℃和水熱時間24h形成的主要晶相為Cu0.451Mn0.549O2，催化性能也最好。尿素加入量對催化劑性能影響不大。催化劑最佳制備條件為：銅錳摩爾比1:2，尿素量0.16mol，水熱溫度150℃，水熱時間24h，焙燒溫度500℃。
　　 以甲苯催化燃燒為探針反應進行催化劑活性評價，采用TG-DSC、BET、XRD、SEM、EDS、Raman、XPS、H2-TPR、O2-TPD等手段對催化劑組成、表面形貌、結構和

4、性能進行表征。結果表明銅錳復合氧化物催化劑催化活性中心是Cu0.451M0.549O2，是表面吸附氧和晶格氧的主要貢獻者。少量存在的CuO和Cu0.451M0.549O2具有協(xié)同作用，提高了催化劑性能。XPS表征結果顯示催化劑表面物種體現多價態(tài)。
　　 最佳制備條件下催化劑的甲苯起燃溫度T10為175℃，完全燃燒溫度T99為210℃。銅錳復合氧化物催化劑對寬泛的甲苯濃度和空速變化體現出良好的適應性，甲苯濃度(0.5g/m3～12

5、g/m3)和空速變化(6000h-1～40000h-1)對催化燃燒性能影響不大。壽命實驗100h，甲苯催化燃燒轉化率一直保持在98％以上。實驗前后催化劑表面元素價態(tài)基本不變，形貌也未發(fā)生改變，說明銅錳復合氧化物催化劑具有高效的催化活性和穩(wěn)定性。
　　 研究還探討了采用浸漬沉淀法制備了負載銅錳活性組分的CuxMnyOz/Ni泡沫鎳整體式催化劑。銅錳比為1:2、反應6h、400℃焙燒獲得的CuMn2Oz/Ni泡沫鎳整體式催化劑具有良