結構型催化氧化催化劑及在有機污染物降解中的應用.pdf

1、為降解揮發(fā)性有機物，并解決揮發(fā)性有機物帶來的環(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-凝膠法負載TiO2和浸漬法負載 V2O5，制備出了負載型催化劑。同時，以甲苯的催化氧化為模型反應，建立了動態(tài)催化氧化反應體系。利用該反應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。同時，對載體粒徑、不同前驅物及催化劑負載量與催化劑性能的關系進行了測試和分析，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物制備的催化劑效果最好；V2O5的最佳負載量為1wt.％，V/Ti比值為0.127。
　　對催化反應中的三個主要因素：反應溫度、進氣流量、進氣濃度進行了研究。實驗結果表明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具有較強的抗沖擊能力。
　　采用 XRD、SEM、EDX、XPS對制備的催化劑的體相結構和表面特性進行了表征。結合表征和活性測試的結果，分析了催化劑結構與催化性能之間的關系。結

4、果發(fā)現較少的 V2O5負載量使得 V離子嵌入了TiO2的晶體結構中，而不是形成晶形V2O5，并形成了V-O-Ti鍵；TiO2與 SiO2發(fā)生了化學反應,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合。由活性測試的結果可看出，這些化學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合力，增強催化劑的強度。
　　分別以γ-Al2O3、SiO2為載體，Cu

5、O為活性組分，添加Ce，用浸漬法制備了負載型催化劑。同時，以甲苯的催化氧化為模型反應，建立了動態(tài)催化氧化反應體系。利用該反應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化溫度均有明顯的降低。研究表明，當以60～

6、80目的γ-Al2O3作載體，Cu的負載量為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中的三個主要因素（反應溫度、空速、進氣濃度）進行了研究。在測試范圍內，CuO-CeO2/Al2O3對甲苯的最佳空速為8000h-1，對CuO/Al2O3為6000h-1。以二甲苯為目標物的催化性能影響因素實驗所得結果與甲苯的相似

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，在不同的空速和進氣濃度下去除率都在90%以上，雖然能夠達到二甲苯去除要求，但與CuO-CeO2/Al2O3相比仍不能達到最佳的處理效果。CuO-CeO2/Al2O3催化劑具有較強的抗沖擊能力，能夠更好的適用于實際應用中。
　　采用 XRD、SEM、EDX、XPS對所制備的催化

8、劑進行了表征。結果表明，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金屬絲網蜂窩催化劑。以鋁絲網為載體，先對其進行陽極氧化，使其表面變得多孔易于吸附，然后用溶膠凝膠方法負載

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

10、兩種催化劑進行活性考察，結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，其中篩網蜂窩催化劑的最高 NO轉化率為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有較好的處理效果；對于兩者來說提高氨氮比和進料氣濃度都可以提高NO的轉化率。采用XRD、SEM、EDX、XPS對制備的催化劑進行了表征。結果表明，在TiO2煅燒的過程中發(fā)生了燒結，鋁網上的氧化鋁與二氧化鈦粘結在一起，在篩網蜂窩催化劑

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

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