銅、鐵柱撐海泡石性質及催化性能的研究.pdf

1、柱撐粘土(PILCs, pillared intercalated layered clay),因層間可插入不同金屬氧化物而具有較強的表面酸性和較大的比表面積,是一種潛在的對NOx具有良好選擇催化還原性能的環(huán)境修復凈化材料。柱撐粘土的研究目前主要集中于鋁、鈦、鋯金屬氧化物柱撐蒙脫石等方面,研究其制備方法,以及其作為吸附材料和催化劑載體的應用。用Fe、Cu等儲量較豐富的金屬做柱撐材料的研究相對較少,特別是用柱撐技術來改善海泡石性能的研究就

2、更少。大多數(shù)柱撐粘土的研究重點在于對粘土結構(孔結構、比表面積等)的改善,考察是否更有利于用作吸附劑和催化載體,而對柱撐可能使載體本身具有催化活性并沒有給予足夠的關注。 本文通過酸改性和鈉離子交換改性,改善海泡石的孔徑分布和陽離子交換性能(CEC);采用對NOx具有催化活性的過渡金屬-銅和鐵為柱化劑,制備柱撐海泡石,用于富氧條件下,NOx選擇催化還原反應；同時制備含稀土元素鈰或釤的柱撐海泡石,用于CO催化氧化反應,并利用BET、

3、SEM、TG、XRF、XRD、XPS等現(xiàn)代表征手段研究改性海泡石、柱撐海泡石的結構特性和催化特性。 研究結果表明： 1、酸改性海泡石比表面積由原礦的90.755m2·g-1增至158.0 m2·g-1,中孔比率增加：片層的締合方式發(fā)生變化,針狀結構明顯減少；但陽離子交換性能較差(CEC=14.40 mmol/100g)。鈉化海泡石比表面積減小到55.731 m2·g-1,仍存在針狀和纖維束狀的集合體；陽離子交換能力明顯增

4、強,Na2CO3為鈉源的鈉化海泡石的CEC值最高,為26.4 mmol/100g。 2、鐵、銅鐵柱撐酸改性海泡石顯示較大的比表面積和微孔表面積(最大值為167.04m2·g-1和58.357 m2·g-1);鐵柱撐酸改性海泡石呈現(xiàn)明顯的層狀結構,形成直徑約為12μm的顆粒,顆粒間較分散；柱撐后熱穩(wěn)定性明顯提高。 3、鐵、銅鐵柱撐鈉基海泡石比表面積和微孔表面積增加顯著,其中鐵柱撐鈉基海泡石比表面積和微孔表面積達到101.5

5、5 m2·g-1和4.962 m2·g-1,孔徑以20-50nm的介孔為主,依然存在團聚現(xiàn)象；柱撐后熱穩(wěn)定性提高。 4、鐵柱撐鈉基海泡石在活性評價溫度范圍(250℃-450℃)內顯示較好的活性,NOx轉化率在393℃達最大值28.95％。銅鐵復合柱撐鈉基海泡石,銅含量高于10％時,催化活性高于單獨鐵柱撐樣品,銅含量為15％,NOx轉化率在450℃達最大值33.4％。 5、鐵柱撐酸改性海泡石在活性評價溫度范圍內最大轉化率均

6、低于10％。銅鐵復合柱撐酸改性海泡石活性略高于鐵柱撐樣品。XRD表征說明鐵以高度分散的狀態(tài)存在。XPS表征說明,Fe以Fe2O3和Fe3O4形式存在。 6、含稀土元素Ce或Sm的柱撐海泡石與未含Ce或Sm的柱撐海泡石相比顯示更好的催化氧化CO的性能。XPS表征結果顯示,摻雜稀土元素Ce或Sm后,柱撐海泡石中Cu2p或Fc2p3電子結合能都略有增加,說明稀土元素Ce或Sm的存在使Cu或Fe外層電子密度減小,內層電子結合能增大,從而