高湿度下负载型铬基催化剂催化氧化二氯乙烷的性能研究

【摘要】：含氯挥发性有机化合物（CVOCs）是造成大气污染的一个重要源头。在众多治理技术中，催化燃烧法因其能耗低、去除效率高、适用范围较大而被广泛应用。目前，催化剂催化降解CVOCs仍需较高的温度，且催化剂抗水蒸汽干扰能力较差。为了解决这一问题，本文主要研制能在高湿度工况条件下，具有高活性、高抗湿性能的负载型铬基催化剂，研究其表面化学性质与其催化氧化二氯乙烷活性之间的关系，并探讨水蒸汽影响催化剂活性的机理。 本文制备了五种负载型Cr基催化剂，考察了分别掺杂Fe、Cu、Mn、和Ce过渡金属对其催化氧化二氯乙烷活性的影响。结果表明，除掺杂Cu的催化剂外，其余四种Cr基催化剂对二氯乙烷的催化活性较高，对二氯乙烷完全降解所需温度仅为315℃左右，催化活性可与部分贵金属催化剂媲美。XRD和XPS分析表明，活性最高的CrOx/Al_2O_3和Cr_4FeO_x/Al_2O_3催化剂表面Cr主要以Cr~(3+)的价态存在，而活性较低的Cr_4CuO_x/Al_2O_3催化剂表面Cr主要以Cr~(6+)的价态存在，这是因为Cr~(3+)在催化剂表面得失电子的效率更高，具有更好的氧化还原特性。 本文研究了水蒸汽对负载型Cr基催化剂催化燃烧二氯乙烷活性的影响。结果表明，所研制的Cr_4MnO_x/Al_2O_3和Cr_4CeO_x/Al_2O_3催化剂抗湿性能优良，在相对湿度为90%的工况条件下，其活性下降均小于8%；而CrOx/Al_2O_3和Cr_4FeO_x/Al_2O_3的催化活性受水蒸气的影响较大，活性下降20%左右。DCE-TPD分析表明，在高湿度下预吸附二氯乙烷的CrOx/Al_2O_3或Cr_4FeO_x/Al_2O_3催化剂，其二氯乙烷的脱附峰面积大幅下降，这是由于水分子的强竞争吸附作用，导致二氯乙烷分子在这两种催化剂上的吸附量大幅减少，这两种催化剂的活性受水蒸气的负面影响很大。 本文用浸渍法制备了系列铬锰单元式催化剂，研究了Ce的掺杂对Cr_4MnCe_nO_x/Al_2O_3/Cord (n=0~1)系列单元式催化剂催化氧化二氯乙烷的活性和抗水性能的影响。结果表明，堇青石载体表面增加Al_2O_3作为第二涂层后，可有效提高了催化剂载体的表面积，进而增加有效活性位；适量掺杂Ce能提高锰铈催化剂的活性和抗水性能，其中Cr_4MnCe_(0.6)O_x/Al_2O_3/Cord催化剂活性最高，其T90值达340.8℃，在90%高湿度工况下，催化剂活性仅下降2.38%，显示优良的抗湿性，具有良好的工业应用前景。 【关键词】：含氯挥发性有机化合物 铬基负载型催化剂 催化燃烧 抗湿性能
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X701;O643.32
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 CVOCs 的来源及危害10
• 1.2 CVOCs 的控制技术概述10-14
• 1.2.1 回收技术11-12
• 1.2.2 光催化法12
• 1.2.3 生物降解法12-13
• 1.2.4 燃烧法13-14
• 1.3 CVOCs 的催化燃烧技术14-21
• 1.3.1 颗粒状催化剂14-19
• 1.3.2 整体式催化剂19-21
• 1.4 水和其他富 H 的物质对含氯 VOCs 去除的影响21-22
• 1.5 选题背景和意义22
• 1.6 本文研究内容22-24
• 第二章 催化剂的制备与表征24-34
• 2.1 载体材料及催化剂的制备24-28
• 2.1.1 实验原料和化学试剂24-25
• 2.1.2 仪器设备25
• 2.1.3 载体材料的制备和预处理25-26
• 2.1.4 催化剂的制备26-28
• 2.2 催化剂表征分析28-30
• 2.2.1 X 射线衍射分析(XRD)28
• 2.2.2 程序升温还原（H_2-TPR）分析28-29
• 2.2.3 X 射线光电子能谱(XPS)29
• 2.2.4 程序升温脱附（TPD）分析29-30
• 2.3 催化剂性能评价30-34
• 2.3.1 实验流程30-31
• 2.3.2 催化剂性能评价31-34
• 第三章 颗粒型铬基催化剂催化氧化二氯乙烷性能34-53
• 3.1 实验部分34-35
• 3.1.1 实验原料及化学试剂34
• 3.1.2 仪器设备34
• 3.1.3 催化剂的制备34-35
• 3.1.4 催化剂的表征35
• 3.1.5 催化剂的活性评价35
• 3.2 实验结果与讨论35-51
• 3.2.1 Cu 基和 Mn 基催化剂对二氯乙烷催化燃烧活性35-38
• 3.2.2 Cr 基催化剂催化氧化二氯乙烷的活性38-43
• 3.2.3 反应条件对催化燃烧二氯乙烷活性的影响43-46
• 3.2.4 催化剂稳定性评价46-47
• 3.2.5 催化剂表征分析47-51
• 3.3 本章小结51-53
• 第四章 颗粒型 Cr 基催化剂抗水蒸汽性能研究53-66
• 4.1 实验部分53
• 4.1.1 实验原料及化学试剂53
• 4.1.2 仪器设备53
• 4.1.3 催化剂的制备53
• 4.1.4 催化剂的表征53
• 4.2 实验结果与讨论53-64
• 4.2.1 水蒸汽对 Cr 基催化剂催化燃烧二氯乙烷活性的影响53-57
• 4.2.2 水蒸汽浓度对 Cr 基催化剂催化氧化二氯乙烷活性的影响57-59
• 4.2.3 高湿度下 Cr 基催化剂的稳定性研究59-61
• 4.2.4 XRD 表征分析61-62
• 4.2.5 TPR 表征分析62-63
• 4.2.6 DCE-TPD 分析63-64
• 4.3 本章小结64-66
• 第五章 单元式 Cr 基催化剂催化氧化二氯乙烷的性能66-83
• 5.1 实验部分66
• 5.1.1 实验材料与仪器设备66
• 5.1.2 Cr_4MnCenO_x/Al_2O_3/Cord (n=0~1)单元式催化剂的制备66
• 5.1.3 Cr_4MnCenO_x/Al_2O_3/Cord 单元式催化剂的表征方法66
• 5.1.4 Cr_4MnCenO_x/Al_2O_3/Cord 单元式催化剂的活性评价方法66
• 5.2 实验结果与讨论66-81
• 5.2.1 载体涂层和预处理方式对单元式催化剂性能的影响66-70
• 5.2.2 不同 Ce 的添加量对 Cr_4MnO_x/Al_2O_3/Cord 催化活性的影响70-81
• 5.3 本章小结81-83
• 第六章 结论与展望83-85
• 6.1 结论83-84
• 6.2 展望84-85
• 参考文献85-90
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果90-91
• 致谢91-92
• 附件92

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