铜锰氧化物催化甲苯燃烧的作用机理

合集下载

铜锰复合物的制备及对甲苯的催化氧化研究

铜锰复合物的制备及对甲苯的催化氧化研究摘要：本文介绍了一种铜锰复合物的制备方法，同时研究了该复合物对甲苯的催化氧化性能。

首先通过化学共沉淀法制备出铜锰复合物，然后使用X射线衍射、扫描电子显微镜等多种方法对其结构和形貌进行了表征。

结果表明，制备得到的铜锰复合物为纳米级颗粒，具有典型的纳米结构和形貌。

接着，使用催化氧化反应测试了该复合物在甲苯氧化中的催化性能，并分析了不同反应条件对其性能的影响。

结果表明，该复合物在适宜的反应条件下能够显著提高甲苯的氧化效率，且具有很好的反应稳定性，可以作为一种有望应用于有机废气处理的活性材料。

关键词：铜锰复合物；制备；甲苯；催化氧化；纳米结构1. 引言近年来，有机废气处理成为了环境保护领域中的一个重要研究方向，其中甲苯是常见的污染物之一。

传统的甲苯处理方法大都需要高能消耗和高成本的设备，而催化氧化法成为了一种有潜力的低成本、高效率的处理方式，其中金属复合催化剂是催化氧化法的重要组成部分。

其中，铜锰复合物是一种有着广阔应用前景的金属复合催化剂，该复合物具有较高的催化活性和稳定性，可广泛应用于污染物处理等领域。

因此，探讨铜锰复合物对甲苯的催化氧化性能具有重要的理论和实用意义。

2. 实验部分2.1 实验材料本实验所用的化学试剂均为优级纯试剂，试剂来源于国内某化学厂家。

其中，铜盐和锰盐的摩尔比为1:1。

2.2 制备铜锰复合物将适量的铜盐和锰盐加入蒸馏水中，并经过化学共沉淀反应后，先后加入适量的氨水和过硫酸钾，最终得到一种黑灰色的铜锰复合物，通过离心浓缩、均匀分散等步骤，得到较为稳定的铜锰复合物溶液。

2.3 实验设备实验设备包括了X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜等仪器，通过这些仪器可以对铜锰复合物的结构和形貌进行表征。

3. 结果与讨论3.1 铜锰复合物的结构与形貌特点通过X射线衍射分析，可以发现铜锰复合物的衍射峰比较明显，其中包含了一些不规则的峰和弱的100峰和200峰，表明其晶体结构比较复杂。

铜锰复合催化剂催化氧化CO技术应用研究

0引言C-13,,,、、、[1]。

C-13,,C-13。

,,CO;、、、,CO,。

CO、、,VOCs CO[2]。

CO、[3]。

,CO[4],CO。

CO(<100℃),CO,,CO[5],CO Au、Pt、Pd[6]。

,,、[7],,CO[8-10]。

C-13CO。

1试验部分1.1催化氧化原理,,。

1986,S.VeprekCO[11]:Cu2++Mn3+↔Cu1++Mn4+CO+Mn4+→CO+ads+Mn3+1/2O2+Cu1+→Cu2++O-adsCO+ads+O-ads→CO2CO O2Cu Mn,, CO2,。

1.2试验试剂及装置CO1,, (CO、O2、N2),、CO、CO2(),、CO CO2。

1。

铜锰复合催化剂催化氧化CO技术应用研究罗加强李梅芳杨建平王晓光(中核燃料沧州有限公司,河北沧州061000)【摘要】文章针对低浓度CO与O2采用燃烧室内电子点火氧化时,存在的操作流程复杂、氧化效率低、氧化条件苛刻、不易点燃等问题,进行催化氧化CO试验。

采用活性组分为铜锰的高填装密度柱状型复合催化剂组件,应用于稳定同位素生产过程中的CO与O2的氧化。

研究表明,当催化剂装填量高于60mL,O2流量在0.1~0.5NL/min范围内,铜锰复合催化剂对CO气体的转化率可达到100%,具有良好的催化氧化性能,可以实现连续的催化和氧化。

该氧化过程在常温下操作,工艺简单、操作方便,催化剂不需要预热,能够有效提高CO的氧化效率。

【关键词】复合催化剂;氧化;CO;O2中图分类号:O613.71文献标识码:A DOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2022.18.06※基金项目:原子能公司自主投资项目。

作者简介:罗加强，高级工程师，研究方向为稳定同位素分离研发和管理工作。

21Science&Technology Vision科技视界Science &Technology Vision科技视界表1主要试验设备及仪器1.3试验方法,,,。

锰氧化物催化剂催化燃烧挥发性有机物的研究进展

猛氧化物催化剂催化燃烧挥发性有机物的研究进展黎靖程琰孙苓瑕杨楠(西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川成都,611756)摘要挥发性有机物(VOCs)广泛存在于大气环境中，是直接引起复合型大气污染的主要原因。

现阶段，催化燃烧技术被称为去除VOCs最有效的方法之一，在一定条件下能够实现VOCs的完全无害化处理&本文从单一型、掺杂型和负载型三种类型的＜氧化物催化剂出发,对＜氧化物催化剂催化燃烧VOCs的最新研究进行了综述，并对未来＜氧化物催化剂的研究提出了展望&关键词：催化燃烧猛氧化物VOCs随着石油、化工行业的日益发展,VOCs逐渐成为环境空气污染物中的主要成分，并引起诸多环境问题,如臭氧、光化学烟雾等。

目前已有多种技术可用于VOCs的处理，如吸附、膜分离、冷凝、直接燃烧、催化燃烧和光催化等&在这些处理技术中，催化燃烧技术能够在较低温度下，对中、低浓度的挥发性有机物实现完全无害化处理，生成二氧化碳和水，不会造成二次污染，因此被认为是一种有效且绿色的处理技术(1)。

催化剂是催化燃烧技术的核心，因此如何设计高效的催化剂是催化燃烧VOCs的关键问题。

常用的催化剂主要有贵金属和过渡金属催化剂。

贵金属催化剂虽然性能优异，但是其成本较高，同时热稳定性较差且容易中毒，从而限制了其工业化的发展&因此,低成本、高稳定性的过渡金属氧化物催化剂得到了更多研究者的青睐。

在众多过渡金属氧化物中,MnO x因为其具有多种可变化合价(+ 2、+3、+4、+7)以及良好的电子转移能力，能够进行快速的氧化还原反应，而表现出优异的催化活性&＜氧化物催化剂的催化活性与其结构、形态、表面化学状态以及多组分间协同作用等多种因素有着密切的关系&本文综述了近年来＜氧化物催化剂对VOCs催化燃烧的相关研究，讨论了单一型、掺杂型和负载型＜氧化物催化剂的结构形态以及对其催化活性的影响，为今后催化燃烧VOCs的研究提供一定参考。

催化燃烧装置工作原理

催化燃烧装置工作原理催化燃烧装置是一种常见的空气污染控制设备，用于在工业生产和能源生产中减少有害气体排放。

催化燃烧是在氧气存在的条件下，通过催化剂将有害气体转化为无害气体的过程。

在催化燃烧装置中，有害气体通过催化剂床，在氧气的作用下被转化为无害气体，同时释放出热能。

本文将详细介绍催化燃烧装置的工作原理和应用。

催化燃烧装置的工作原理催化燃烧装置的工作原理是将有害气体和氧气混合在一起，在催化剂的作用下转化为无害气体，并释放出热能。

催化剂是促进化学反应发生的物质，可以加速反应速率和降低反应温度，使反应在较低的温度下发生，从而节省能源、减少成本并延长反应时间。

催化燃烧装置中的催化剂通常是由贵金属、氧化物或硫化物等材料组成的，如铂、钯、铑、钨等，这些材料都具有良好的催化性能和化学稳定性。

催化燃烧装置的工作过程中，有害气体首先进入反应器中，与氧气混合后经过催化剂层，催化剂将其转化为无害物质，如二氧化碳、水蒸气和氮气等。

转化后的气体由堆气扇排出反应器，经过处理后即可排放到大气中。

在催化燃烧过程中，由于催化剂的作用，反应温度较低，通常在200℃以下。

与传统的燃烧方式相比，催化燃烧具有更高的能量效率和更低的能耗，同时也减少了有害气体和污染物的排放。

催化燃烧装置的具体工作参数，如催化剂种类、反应温度、催化剂用量等，需要根据具体的生产条件和环保要求进行调整。

催化燃烧装置的应用催化燃烧装置的应用广泛，主要用于化学工业、能源生产和环境保护等领域，如石化、化肥、煤气、燃油、固体废弃物等行业。

在化学工业中，催化燃烧装置一般用于处理有机废气和有机液体废料，包括有机溶剂、氯化氢、硫化氢、甲醛等有害气体和液体废料。

这些有害物质在燃烧过程中，容易产生大量的废气和污染物，严重影响生产环境和员工身体健康。

通过催化燃烧，这些有害物质可以被转化为无害气体，大大减少了污染物的排放，同时也提高了生产效率和经济效益。

在能源生产中，催化燃烧装置主要用于处理燃气、液化石油气、沼气等气体燃料的废气。

甲苯被高锰酸钾氧化的机理

甲苯被高锰酸钾氧化的机理大家好！今天咱们聊聊一个有趣的化学反应——甲苯被高锰酸钾氧化的机理。

听起来可能有点儿复杂，但别担心，我会用通俗易懂的方式给大家讲清楚。

1. 甲苯和高锰酸钾的基本情况1.1 甲苯的基本信息甲苯，这个名字听着有点儿陌生，但其实它在生活中很常见，比如汽车的汽油里就有它。

甲苯分子里有一个苯环，外面还连着一个甲基。

苯环像个稳定的大圆圈，甲基就像挂在它上的小配饰。

1.2 高锰酸钾的基本信息高锰酸钾则是个强力的氧化剂。

它就像化学界的“超级英雄”，可以把很多物质氧化掉。

高锰酸钾的颜色是紫黑色，它在溶液中很显眼。

2. 反应机理的揭秘2.1 反应的起始当高锰酸钾遇上甲苯时，反应会在酸性环境下进行。

简单来说，酸性环境就像反应的“舞台”，而高锰酸钾则是主角，甲苯是“观众”。

在酸性条件下，高锰酸钾开始“发威”。

2.2 氧化过程高锰酸钾会把甲苯的甲基氧化成羧基。

这个过程就像甲苯经过了大改造，原本小小的甲基变成了大大的羧基。

具体来说，甲基会被氧化成苯甲酸。

这个过程首先会产生苯甲醛，然后再进一步氧化成苯甲酸。

2.3 反应的细节反应的过程中，高锰酸钾中的锰元素从+7价变成了+2价，颜色也从紫黑色变成了无色。

这个变化就像高锰酸钾“脱下了战斗服”，露出了它的真实面目。

氧化甲苯的过程其实有点儿像一个渐变的过程，从浅色到深色，再到无色。

3. 实际应用和意义3.1 在实验室中的应用在实验室里，这个反应常被用来测试甲苯的存在。

因为高锰酸钾的颜色变化很明显，实验室的人员可以通过观察颜色变化来确定反应是否发生了。

3.2 在工业中的意义工业上，这个反应也有它的用武之地。

通过这个反应，生产出的苯甲酸可以用来制造食品添加剂、药品等等。

总的来说，它的应用非常广泛，对我们的生活影响也很大。

总结好了，咱们今天就聊到这儿。

总的来说，甲苯和高锰酸钾的氧化反应是一个有趣又重要的化学过程。

从甲苯到苯甲酸的转变，不仅仅是化学上的变化，更是科学家们探索世界的一部分。

催化燃烧的原理和应用

催化燃烧的原理和应用催化燃烧的原理催化燃烧是一种利用催化剂加速燃烧反应的过程。

在常规燃烧中，燃料与氧气之间的反应需要一定的激活能，而催化剂可以降低反应的激活能，从而加速反应速率。

催化剂的作用催化剂是一种可以参与反应但在反应结束时不被消耗的物质。

它可以通过提供反应表面以增加反应物之间的接触，或改变反应物的电子结构来降低反应的激活能。

催化剂的作用过程通常可以分为吸附、活化、反应和解吸四个步骤。

催化燃烧的反应机理催化燃烧的反应机理可以概括为以下几个重要步骤：1.吸附：燃料和氧气分子在催化剂表面吸附。

2.活化：吸附的燃料和氧气分子在催化剂表面发生反应。

3.反应：活化后的反应物在催化剂表面进行反应，生成产物。

4.解吸：产物从催化剂表面解吸。

催化燃烧的应用催化燃烧具有许多重要的应用，下面列举了其中几个主要领域的应用。

汽车尾气净化汽车尾气中含有大量的一氧化氮（NOx）、碳氢化合物（HC）和碳氧化物（CO），这些物质对环境和人体健康均有害。

催化转化器是现代汽车的标配设备，它利用催化剂将有害气体转化为较为无害的物质。

催化转化器的催化剂通常由铂、钯、铑等贵金属组成，它们可以将一氧化氮转化为氮气、将碳氢化合物和碳氧化物转化为二氧化碳和水。

工业废气处理工业生产过程中会产生大量的废气，其中包括一些有毒有害气体。

催化燃烧可以用于工业废气的处理，通过引入适当的催化剂，可以将有毒有害气体转化为较为无害的物质。

例如，使用催化剂将二氧化硫（SO2）催化氧化成二氧化硫（SO3），然后与水反应生成硫酸，从而实现废气的脱硫。

能源生产催化燃烧在能源生产中也有重要应用。

例如，燃气锅炉和燃气轮机利用催化剂将天然气或石油等燃料转化为热能或电能。

催化燃烧可以提高能源转换效率，减少排放物的产生。

石油化工在石油化工过程中，催化燃烧被广泛应用于各个环节。

例如，催化裂化是将重质石油馏分转化为轻质馏分的过程，催化重整是将石脑油等重质馏分转化为较高辛烷值的高级汽油的过程。

催化燃烧机理

催化燃烧的原理催化燃烧是借助催化剂在低温下(200～400℃)下，实现对有机物的完全氧化，因此，能耗少，操作简便，安全，净化效率高，在有机废气特别是回收价值不大的有机废气净化方面，比如化工，喷漆、绝缘材料、漆包线、涂料生产等行业应用较广，已有不少定型设备可供选用。

一、催化原理及装置组成(1)催化剂定义催化剂是一种能提高化学反应速率，控制反应方向，在反应前后本身的化学性质不发生改变的物质。

(2)催化作用机理催化作用的机理是一个很复杂的问题，这里仅做简介。

在一个化学反应过程中，催化剂的加入并不能改变原有的化学平衡，所改变的仅是化学反应的速度，而在反应前后，催化剂本身的性质并不发生变化。

那么，催化剂是怎样加速了反应速度呢了既然反应前后催化剂不发生变化，那么催化剂到底参加了反应没有?实际上，催化剂本身参加了反应，正是由于它的参加，使反应改变了原有的途径，使反应的活化能降低，从而加速了反应速度。

例如反应A+B→C是通过中间活性结合物(AB)过渡而成的，即：A+B→[AB]→C其反应速度较慢。

当加入催化剂K后，反应从一条很容易进行的途径实现：A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K中间不再需要[AB]向C的过渡，从而加快了反应速度，而催化剂并未改变性质。

(3)催化燃烧的工艺组成不同的排放场合和不同的废气，有不同的工艺流程。

但不论采取哪种工艺流程，都由如下工艺单元组成。

①废气预处理为了避免催化剂床层的堵塞和催化剂中毒，废气在进入床层之前必须进行预处理，以除去废气中的粉尘、液滴及催化剂的毒物。

②预热装置预热装置包括废气预热装置和催化剂燃烧器预热装置。

因为催化剂都有一个催化活性温度，对催化燃烧来说称催化剂起燃温度，必须使废气和床层的温度达到起燃温度才能进行催化燃烧，因此，必须设置预热装置。

但对于排出的废气本身温度就较高的场合，如漆包线、绝缘材料、烤漆等烘干排气，温度可达300℃以上，则不必设置预热装置。

CuxCo1xAl2O3FeCrAl整体式催化剂上甲苯催化燃烧

Cu x Co 1-x /Al 2O 3/FeCrAl 整体式催化剂上甲苯催化燃烧赵福真1曾鹏辉1,2季生福1,*杨肖1李成岳1(1北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京100029;2中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京102200)摘要：以FeCrAl 合金薄片为基底,Al 2O 3浆料为过渡胶体,不同摩尔比的Cu 、Co 为催化活性组分,制备了一系列Cu x Co 1-x /Al 2O 3/FeCrAl(x =0-1)新型整体式催化剂.采用X 射线粉末衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),X 光电子能谱(XPS)和程序升温还原(TPR)等手段对催化剂的结构进行了表征.在微型固定床反应器上评价了催化剂的催化甲苯燃烧性能.研究结果表明:在所制备的整体式催化剂上,当Cu 含量比较低时,形成了Cu-Co-O 固溶体;当Cu 含量比较高时,可以测得CuO 的衍射峰.催化剂表面颗粒大小和形貌与Cu 、Co 摩尔比密切相关.在催化剂表面,Co 以Co 2+和Co 3+价态存在,而Cu 主要以Cu 2+价态存在.催化剂中的Cu 可以改善Co 的氧化还原性,从而有利于催化剂活性的提高.在所制备的催化剂中,Cu 0.5Co 0.5/Al 2O 3/FeCrAl 催化剂具有最好的活性,甲苯在374o C 可以完全催化燃烧消除.关键词：FeCrAl;整体式催化剂;甲苯催化燃烧;X 射线粉末衍射;X 光电子能谱中图分类号：O643Catalytic Combustion of Toluene over Cu x Co 1−x /Al 2O 3/FeCrAl Monolithic CatalystsZHAO Fu-Zhen 1ZENG Peng-Hui 1,2JI Sheng-Fu 1,*YANG Xiao 1LI Cheng-Yue 1(1State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,P .R.China ;2State Key Laboratory of Heavy Oil Processing,China University of Petroleum,Beijing 102200,P .R.China )Abstract ：A series of Cu x Co 1-x /Al 2O 3/FeCrAl (x =0-1)catalysts were prepared using an FeCrAl alloy as support,a boehmite primer sol as the first washcoat layer and copper as well as cobalt oxides as the active washcoat layer.The structure of the catalysts was characterized using X-ray powder diffraction (XRD),scanning electron microscope (SEM),X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)and temperature-programmed reduction (TPR).Toluene was chosen as the model compound to evaluate the catalytic activity in a conventional fixed-bed quartz reactor.Results indicate that a Cu-Co-O solid solution phase was present when the content of Cu in the catalysts was low and a CuO phase was present when the content of Cu was high.Both Co 2+and Co 3+were present on the surface of the obtained monolithic catalysts while Cu 2+was the main Cu species.The addition of a proper amount of copper oxide improved the reducibility of the cobalt oxide,which enhanced the catalytic activity of the catalysts.All the obtained catalysts showed good activity for the catalytic combustion of toluene.The Cu 0.5Co 0.5/Al 2O 3/FeCrAl catalyst had the best catalytic activity,and toluene was totally oxidized at 374°C over it.Key Words ：FeCrAl;Monolithic catalyst;Toluene catalytic combustion;X-ray powder diffraction;X-ray photoelectron spectroscopy[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.⁃Chim.Sin .,2010,26(12)：3285-3290December Received:June 9,2010;Revised:July 29,2010;Published on Web:October 19,2010.∗Corresponding author.Email:jisf@;Tel/Fax:+86-10-64419619.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20473009).国家自然科学基金(20473009)资助项目ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinica3285Vol.26 Acta Phys.⁃Chim.Sin.2010V olatile organic compounds(VOCs)produced from many chemical and petrochemical industries are one of the major air pollutants.Besides their own malodorous and carcinogenic na-ture,they act as main precursors of ozone and smog formation[1-3]. Among all the methods for treatment of VOCs,catalytic com-bustion has been recognized as one of the most effective and economic technologies.This method has many advantages such as low temperature required for combustion ignition,high-er selectivity,and high energy efficiency[4-5].At present,the cat-alysts investigated for catalytic combustion of VOCs are main-ly noble metals and metal oxides[6].Although noble metal cata-lysts show good activity for the complete oxidation of VOCs, the high cost and the sensitivity to poisoning have led to the de-velopment of base metal catalysts for this application.Recent-ly,the development of transition metal oxides for catalytic oxi-dation of VOCs has been widely reported,and copper-contain-ing catalysts show high activity for the combustion of VOCs. Antunes et al.[7]reported catalytic oxidation of toluene over Cu-NaHY zeolites and found that a higher copper loading led to a higher catalytic activity.The toluene could be completely oxi-dized to CO2at350℃,when the copper loading was5%. Kovanda et al.[8]also concluded that the oxidation activity in toluene combustion increased with the increasing amount of easily reducible copper component.Lu et al.[9]prepared a se-ries of transition-metal catalysts using activated carbon(AC) as the support material,and copper,cobalt,iron,and nickel as the catalytic active phases.In their work,they observed that the activity of metal/AC followed a particular order:Cu>Co> Fe>Ni.However,the conventional pellet or granule catalysts loaded in fixed-bed reactors have high pressure drops and high gradi-ent of temperature thus depressed the activity of the catalysts. Recently,monolithic catalysts have increasingly attracted the attention of paring to the conventional cata-lysts,the monolithic catalysts have distinct advantages:better mechanical strength,lower capacity of mass and heat transfer, lower thermal expansion coefficient leading to a higher ther-mal shock resistance[10].The most widely used monolithic sub-strate is the monoliths made of ceramic or metallic materials. The metallic monoliths present a smaller wall thickness and higher thermal conductivity than the ceramic monoliths[11],thus for the reactions with high space velocity and heat exchange, such as toluene combustion reaction,the metallic monolithic catalysts have a promising application.In this work,a series of copper-cobalt mixed oxide catalysts with different Cu/Co ratios washcoated on metallic monoliths were reported.The performance of the obtained catalysts for the toluene catalytic combustion was evaluated and the cata-lysts were characterized by XRD,SEM,XPS,and TPR tech-niques.1Experimental1.1Catalyst preparationThe metallic monolithic catalysts were prepared using the FeCrAl alloy foils(OC404,Sandvik Steel,Sweden)as sup-ports.The alloy foils were rolled into several cylinders in dif-ferent diameters and50mm in length.The supports were pre-treated successively in basic,acidic and ethanol solution,and then thoroughly rinsed in de-ionized water,and finally the pre-treated supports were calcined at950℃for15h in air.In or-der to improve the adhesion between the washcoat layers and the heat-treated metallic supports,a boehmite primer sol was used as first washcoat layer,then dried at room temperature in air and thereafter at120℃for3h and calcined at500o C for4 h,and the monolithic support(Al2O3/FeCrAl)was formed.The Cu x Co1-x/Al2O3/FeCrAl(x=0-1)catalysts were prepared as follows:the solutions of Cu(NO3)2·3H2O(analytical re-agent)and Co(NO3)2·6H2O(analytical reagent)were mixed in appropriate ratios.The mixture was added into the boehmite primer sol with a total40%(w)metal content to obtain the slur-ry.The monolithic support(Al2O3/FeCrAl)was inserted into the above slurry and held for1min,taken out at the constant speed of3cm·min-1,then dried at room temperature in air and thereafter at120℃for3h,and then calcined at500℃for4h. The coating procedure should be repeated to achieve the de-sired coating amount.Finally,the Cu x Co1-x/Al2O3/FeCrAl metal support monolithic catalysts were obtained.The compositions of the catalysts were listed in Table1.1.2Catalytic activity measurementsCatalytic combustion experiments were performed in a con-ventional fixed-bed quartz reactor(i.d.,8mm;length,300 mm)at atmospheric pressure.The reactant gas mixture was prepared by passing air through a conical flask filled with liq-uid toluene,which was kept at0o C.The reaction feed consist-ed of1000μL·L-1of toluene in dry air and the space velocity was5.6×104mL·g-1·h-1.The reaction was stabilized for20Table1Compositions of Cu x Co1−x/Al2O3/FeCrAl catalystsSample1234567CompositionCu/Al2O3/FeCrAlCu0.9Co0.1/Al2O3/FeCrAlCu0.75Co0.25/Al2O3/FeCrAlCu0.5Co0.5/Al2O3/FeCrAlCu0.25Co0.75/Al2O3/FeCrAlCu0.1Co0.9/Al2O3/FeCrAlCo/Al2O3/FeCrAln(Cu)/(n(Cu)+n(Co))10.890.740.480.240.09Cu loding(%)8.07.26.04.02.00.8d(311)/nm--0.244730.244550.244030.243900.243783286２Ｏ３Ｏ４０５Ｏ６Ｏ７Ｏ８０一．３∞一＞＝∽ｃ①一ｃZHAO Fu-Zhen et al .：Catalytic Combustion of Toluene over Cu x Co 1-x /Al 2O 3/FeCrAl Monolithic CatalystsNo.12min at the required temperature,and the outlet products weremeasured with online gas chromatography (Beijing East and West Electronics Institute,GC-4000A)equipped with a flame ionization detector (FID).The catalyst temperature was con-trolled with a K-type thermocouple placed in the vicinity of the catalyst bed.In every case,carbon dioxide and water were the only reaction products detected along the whole experiment.1.3Catalysts characterizationThe phase structure of the samples was characterized by X-ray diffraction (XRD)using a Japan Rigaku D/Max 2500VB2+/PC diffractometer with a Cu K αradiation operating at 200mA and 40kV .The morphology of the samples was ob-served by a Japan HITACHI S-4700scanning electron micro-scope (SEM).X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)experi-ments were carried out on an UK ESCALAB250instrument (Thermo Electron Co.)using Mg K αas the exciting radiation at the constant pass energy of 30eV .Binding energies were cal-ibrated using the carbon present as a contaminant (binding en-ergy of C 1s is 285.0eV).The surface atomic compositions of all samples were calculated from photoelectron peak areas for each element after correction for instrument parameters.The temperature-programmed reduction (TPR)measurements were carried out using America Thermo Electron Corporation TPD/R/O 1100series catalytic surfaces analyzer equipped with a TCD detector.0.08g of the sample was loaded and preheated with 10%(volume fraction,same as below)O 2/He mixture at 500℃for 1.5h.After cooling down to room temperature,5%H 2/N 2mixture was introduced into the instrument and the tem-perature was ramped to 800℃at a heating rate of 5℃·min -1.Water produced by the sample reduction was condensed in a cold trap before reaching the detectors.Only H 2was detected in the outlet gas confirming the effectiveness of the cold trap.2Results and discussion2.1XRD measurementsThe XRD patterns of the pre-oxidized FeCrAl metal support and Cu x Co 1-x /Al 2O 3/FeCrAl monolithic catalysts are presented in Fig.1.For FeCrAl metal suppor t,after the heat treatment at950℃for 15h,the characteristic peaks of FeCr (JCPDS 34-0396)and α-Al 2O 3(JCPDS 88-0826)were observed.The diffraction peaks of Co 3O 4(2θ=31.20°,36.84°,44.63°,59.46°and 65.35°,JCPDS 42-1467)could be seen when x =0(Co/Al 2O 3/FeCrAl).With the increase of x ,the diffraction peaks had a little shift.Take the most intense peak at 2θ=36.84°as an example:when x =0,the d value for (311)plane is 0.24378nm (Table 1);when x =0.5,the d value for (311)plane is 0.24455nm;when x =0.75,the d value for (311)plane is 0.24473nm.This is because the radius of Cu 2+(0.062nm)is larger than that of Co 3+(0.052nm),which leads to the expansion of Co 3O 4lat-tice when Cu 2+migrates partially into the cubic structure.There-fore,changes in the d (311)value of the samples indicate that the missing CuO phase at low Cu loading formed the Ce-Co-O sol-id solution in these catalysts [12].Cu and Co can form a Cu-Co-O solid solution that was also been found by Rad-wan [13].When x >0.5,the most intense peaks of bulk CuO at 35.5°and 38.8°[4]were detected.2.2Surface morphology of the samplesFig.2shows the morphology of the FeCrAl support and Cu x Co 1-x /Al 2O 3/FeCrAl monolithic catalysts.From the surface view of FeCrAl (Fig.3(A,B)),it can be seen that after pretreatment in air at 950℃for 15h,the surface became more coarse and had more macropores.This benefited the coating of Cu x Co 1-x /Al 2O 3.As for Cu x Co 1-x /Al 2O 3/FeCrAl (x =0-1)monolithic catalysts,the surface morphology changed significantly with the x value.For the catalyst with x =1,namely Cu/Al 2O 3/FeCrAl (sample 1),the surface was quite homogenous and smooth,only several large particles could be found.However,the surface morpholo-gy of the catalysts changed greatly with the decrease of Cu con-tent.When x =0.9,although the surface was still smooth,there were some small particles appeared (sample 2).When x =0.75and x =0.5(samples 3and 4),the surface became inhomoge-nous gradually,the particles became bigger and the heap of par-ticles were very loose.When x further decreased to 0.25(sam-ple 5),the surface morphology of the catalyst became smooth again and almost no particles could be found.When x =0.1(sample 6),the surface feature was different from other cata-lysts,there appeared the big clusters of particles,the dispersion was inhomogenous and the particle size was large.When x =0(sample 7),the particles of the catalyst decreased obviously,the clusters increased and the heap of the particles was com-pact.2.3X-ray photoelectron spectroscopyXPS spectra of Cu 2p of catalysts 1,4,and 6are shown in Fig.3(A).The presence of a higher Cu 2p 3/2binding energy (933.0-933.8eV)and the pronounced shake-up peak (940.0-945.0eV)are the characteristics of CuO,while a lower Cu 2p 3/2binding energy (932.2-933.1eV)and the absence of the shake-up peak are the characteristics of Cu 2O [15-16].After the Gauss model fitting,it can be noticed that the given catalysts exhibit the Cu 2p 3/2main peak at about 933.2eV with thechar-Fig.1XRD spectra of the samples(a)FeCrAl foil pre-oxidized at 950℃for 15h;(1-7)Cu x Co 1-x /Al 2O 3/FeCrAlcatalysts;(★)FeCr,(▼)Cu-Co-O,(●)a -Al 2O 3.(◆)CuO3287Ａ２５哥３霞尊Ⅺ’●Ｌ‘。

甲苯催化燃烧反应

甲苯催化燃烧反应
甲苯是一种常见的有机化合物，具有独特的催化燃烧反应特性。

它在燃烧过程中释放出大量的热能，被广泛应用于许多领域。

催化燃烧是指在燃烧过程中添加催化剂，以提高反应速率和效率。

对于甲苯而言，催化燃烧可以显著降低燃烧温度，减少有害气体的生成，并提高能源利用率。

催化燃烧的过程中，甲苯首先被加热至其点燃温度，然后与空气中的氧气发生反应。

在催化剂的作用下，甲苯分子被氧气氧化为二氧化碳和水，同时释放出大量的热能。

这个反应过程是一个自由基链反应，其中催化剂起到了引发反应的作用。

甲苯催化燃烧的反应机理十分复杂，涉及到多个中间体和过渡态。

在催化剂的作用下，甲苯分子首先发生氧化反应，生成苯酚和苯醛等中间体。

然后，这些中间体继续与氧气反应，最终生成二氧化碳和水。

催化剂在整个反应过程中起到了促进反应的作用，降低了反应的活化能，加速了反应速率。

甲苯催化燃烧反应不仅具有高效能的特点，还对环境友好。

由于催化剂的作用，燃烧过程中产生的有害气体和颗粒物减少了很多。

这对于改善空气质量、减少大气污染具有重要意义。

甲苯催化燃烧反应在工业生产和能源利用中有着广泛的应用。

它被广泛用于汽车发动机、燃气锅炉和工业燃烧设备等领域。

催化燃烧
技术的应用不仅提高了能源利用效率，还减少了污染物的排放，保护了环境。

甲苯催化燃烧反应是一种高效能、环境友好的燃烧方式。

通过添加催化剂，可以降低燃烧温度、减少有害气体的生成，并提高能源利用率。

这种催化燃烧技术在工业生产和能源利用中具有重要的应用价值，对于改善环境质量、保护生态环境具有积极意义。

活性炭负载铜锰氧化物去除甲苯的研究

ｃｏｍｐｌｅｘｌｏａｄｅｄａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｈａｓａｈｉｇｈｅｒｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｔｏｔｏｌｕｅｎｅａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｍｏｌａｒｒａｔｉｏｏｆｃｏｐｐｅｒｍａｎｇａｎｅｓｅｒｅａｃｈｅｓｌ：５．ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆｔｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｉｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔａｍｏｎｇａｌ１．ｗｈｉｃｈｉｓｕｐ
（ＴｉａｎｊｉｎＭｕｎｉｃｉｐａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｉｂｅｒＭｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎａｎｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＦｉｂｅｒｓ，ＴｉａｎｊｉｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ
郭薇，张华
（天津工业大学改性与功能纤维天津市重点实验室，天津３００３８７）
摘
要：将活性炭进行活化后，将其浸溃在ＣｕＳＯ和ＭｎＳＯ混合溶液中，并滴加ＮａＯＨ溶液，在加热搅拌条件下反
应制备具有高催化活性的铜锰复氧化物／活性炭材料，并采用ＳＥＭ、ＸＲＤ对其性能进行表征．结果表明：负

《锰基双金属催化剂催化氧化甲苯性能研究》

《锰基双金属催化剂催化氧化甲苯性能研究》一、引言随着工业化的快速发展，环境污染问题日益严重，其中有机废气污染已成为重要的环境问题之一。

甲苯作为一种常见的有机污染物，其排放对环境和人体健康造成了严重威胁。

因此，寻找高效、环保的甲苯催化氧化技术成为了当前研究的热点。

锰基双金属催化剂因其高活性、高选择性及良好的稳定性，在甲苯催化氧化领域具有广泛的应用前景。

本文旨在研究锰基双金属催化剂的制备、表征及其在甲苯催化氧化中的性能，为进一步推动该领域的研究和应用提供理论依据。

二、实验材料与方法1. 催化剂制备本文采用共沉淀法制备锰基双金属催化剂。

以锰、另一种金属（如铜、钴等）的硝酸盐为原料，通过调节金属离子比例，制备出不同比例的锰基双金属前驱体溶液。

将前驱体溶液与沉淀剂混合，得到沉淀物，经过洗涤、干燥、煅烧等步骤，最终得到锰基双金属催化剂。

2. 催化剂表征利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对催化剂进行表征，分析催化剂的晶体结构、形貌及元素分布。

3. 甲苯催化氧化实验在固定床反应器中，以空气为氧化剂，对甲苯进行催化氧化实验。

通过改变反应温度、气体流量等条件，研究催化剂在甲苯催化氧化中的性能。

三、结果与讨论1. 催化剂表征结果XRD结果表明，锰基双金属催化剂具有较好的晶体结构，且随着另一种金属的加入，催化剂的晶体结构发生了一定程度的变化。

SEM和TEM结果显示，催化剂具有较高的比表面积和良好的分散性，有利于提高催化性能。

2. 甲苯催化氧化性能研究实验结果表明，锰基双金属催化剂对甲苯催化氧化具有较高的活性。

在相同的反应条件下，锰基双金属催化剂的催化活性明显高于单一锰氧化物催化剂。

此外，不同比例的锰基双金属催化剂在甲苯催化氧化中的性能也存在差异。

通过优化金属比例，可以得到具有较高催化活性的锰基双金属催化剂。

在反应过程中，催化剂的稳定性也是评价其性能的重要指标。

本文通过多次循环实验发现，锰基双金属催化剂具有良好的稳定性，能够在较长时间内保持较高的催化活性。

铜催化剂的催化机理与应用

铜催化剂的催化机理与应用铜催化剂在有机合成和环境保护等领域已经被广泛应用。

然而，铜催化剂的催化机理仍然是一个活跃的研究领域，并且在实际应用中的性能也需要更进一步的优化。

本文将对铜催化剂的催化机理和应用进行详细讨论。

一、铜催化剂的催化机理铜催化剂的催化机理可以分为两个方面：电子转移和基团转移。

电子转移包括氧化还原反应和内电子转移反应；基团转移包括羟基、氨基、硫醇、卤素等基团的转移。

这些反应都需要铜离子作为催化剂，因为铜离子具有良好的氧化还原能力和均相催化能力。

氧化还原反应中，铜催化剂作为氧化剂或还原剂参与反应。

铜离子可以通过氧化还原反应改变其氧化态，并且在这个过程中促进了反应的进行。

铜催化剂还可以参与内电子转移反应。

与氧化还原反应不同，内电子转移反应中，铜催化剂中铜离子的氧化态不发生改变。

在这种转移反应中，铜离子可以通过从某一个基团夺取电子，或者将电子转移给某一个基团来实现基团的转移。

在基团转移反应中，铜催化剂主要是作为一个中间体参与反应的。

催化剂中的铜离子能够与底物中的某一个基团发生配位作用，然后形成一个中间体，最后通过一个基团转移反应，转移到另外一个底物分子上。

二、铜催化剂的应用在有机合成领域中，铜催化剂经常被应用于C-C键的形成反应中。

例如，铜催化剂可以在Sonogashira反应中作为催化剂，将炔烃和烷基卤化物或芳基卤化物通过偶联反应形成C-C键。

铜催化剂在有机合成中的另一个重要应用是烯烃的环化反应。

例如，氧杂环烷的环化反应通常在铜催化下进行。

在这种反应中，铜催化剂可以促进烯烃与羟基的加成反应，形成环状产物。

另外，铜催化剂在环境保护和有机污染物治理中也有重要应用。

例如，CuO的催化活性可以通过选择性氧化还原技术来治理废弃的有机污染物。

在这种应用中，CuO催化剂可以将有机污染物氧化为水和二氧化碳等无害物质，从而达到环境治理的目的。

三、铜催化剂的性能优化虽然铜催化剂已经被广泛应用于有机合成和环境保护领域，但是其性能优化仍然是一个需要研究的问题。

_Mn、Fe和Cu氧化物在低温等离子体催化氧化甲苯体系中的活性比较

时，催化剂的活性最高，当能量密度为１９Ｊ／Ｌ时，其对
甲苯催化氧化的转化率接近１００％。催化剂表征结果
表明当Ｍｎ含量为１％（质量分数）时，氧化锰在载体
γ－Ａｌ２Ｏ３上最接近单层分散量，此时活性组分与载体表面的相互结合力最强，在载体上有很好的分散性，从
科技攻关资助项目（２００９１０８１４００１）
收到初稿日期：２０１１－１１－２８
收到修改稿日期：２０１２－０２－１５
通讯作者：李忠
作者简介：吴军良（１９７７－），男，浙江东阳人，在读博士，师承李忠教授，从事能源环境材料的研究。
催化剂活性评价实验时，催化剂用量为０．１ｇ。反应器出口的气体温度变化用热电偶检测。所有实验均在常温
常压下进行，实测反应过程中气体主体温度变化为１
～２℃ ，因此甲苯的氧化反应可以不考虑催化剂的热催
氧化锰作为一种价格低、有较高活性的催化剂，也应用在等离子体催化反应中。Ｌｕ等用装填ＭｎＯ２颗粒的ＤＢＤ反应器分解浓度为３．０×１０－４的苯，在能量密度为９２Ｊ／Ｌ时苯的转化率约为１０％［８］。Ｆｕｔａｍｕｒａ等将ＭｎＯ２负载在无声放电反应器的内壁上，相比没有负载ＭｎＯ２的情况，苯的转化率提高约２０％，当能量密度为３６０Ｊ／Ｌ时，苯转化率达到５４％［９］。Ｇｕｏ等用装填ＭｎＯ２／γ－Ａｌ２Ｏ３／发泡镍复合催化剂的ＤＢＤ反应器降解甲苯，当能量密度为４５６Ｊ／Ｌ时甲苯转化率为８８．８％［１０］。Ｚｈｕ等报道了内置ＭｎＯ２／γ－Ａｌ２Ｏ３的ＤＢＤ反应器分解甲苯的实验，当能量密度为７２０Ｊ／Ｌ时，甲苯转化率达到９５％［１１］。

铜锰复合氧化物催化剂上甲苯的催化燃烧

铜锰复合氧化物催化剂上甲苯的催化燃烧顾欧昀;廖永涛;陈锐杰;贾璐;龟山秀雄;林益;周吕;马华;郭燏【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2016(067)007【摘要】采用碳酸盐共沉淀法在全范围内制备了一系列具有高比表面积的铜锰互相掺杂的复合氧化物，通过调变铜锰摩尔比考察了其在甲苯催化燃烧反应中的表现。

铜锰复合氧化物催化剂，尤其是掺杂低浓度铜的氧化锰，在甲苯催化燃烧中表现出了超越单组分氧化物的性能。

随掺杂量的变化，反应活性呈现火山状的趋势。

XRD、H2-TPR、XPS 及 BET 等表征结果显示氧化物粒子的结晶度及分散度、催化剂的可还原性、表面氧浓度、催化剂的比表面积等诸多因素均对催化活性产生了一定的影响，然而复合氧化物催化性能上升的根本原因在于铜物种和锰物种之间存在的较强的相互协同作用。

%A series of copper manganese mixed oxide catalysts Cu1−xMnx (x = 0—1.0) with high surface area were synthesizedby using carbonate co-precipitation method and their performance in catalytic combustion reaction of toluene was investigated by varying the mole ratio of Cu and Mn. XRD, H2-TPR, XPS and N2 adsorption/desorption were used to characterize the structure and textural properties of catalysts. The resulting Cu1−xMnx catalyst showed higher catalytic activity than mono-metal oxide catalyst, especially when a small amount of copper was doped into manganese oxide. With increasing the manganese contentfrom 0 to 1.0, a volcanic tendency for catalytic activity was observed. Results of catalyst characterization revealed that the promoted catalyticactivity can be associated with some interrelated factors, such as depressed crystallinity, highly dispersed oxide species onto the other, easier catalyst reducibility, more surface oxygen and enhanced surface area. It was difficult to attribute the promoted catalytic activity only to a single and specific factor. A synergistic effect between manganese and copper species was considered to be the most intrinsic reason.【总页数】9页(P2832-2840)【作者】顾欧昀;廖永涛;陈锐杰;贾璐;龟山秀雄;林益;周吕;马华;郭燏【作者单位】南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室，江苏南京210009;南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室，江苏南京 210009;南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室，江苏南京 210009;东京农工大学化学工学科，日本东京 184-8588;东京农工大学化学工学科，日本东京184-8588;宁波德普福斯特净化器有限公司，浙江宁波 315613;南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室，江苏南京 210009;南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室，江苏南京 210009;南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室，江苏南京 210009【正文语种】中文【中图分类】TQ032;O643【相关文献】1.掺铈的铜锰钴复合氧化物催化剂对甲苯催化燃烧的性能研究 [J], 唐伟;胡晓东;宣逸安2.负载铜锰复合氧化物催化剂上有机废气(VOCs) 的催化燃烧性能 [J], 杨玉霞;徐贤伦3.在类棒状铜锰复合氧化物上甲苯的催化燃烧活性及其失活 [J], 刘兆信;黎维彬4.铜锰铈复合氧化物催化甲苯燃烧研究 [J], 左满宏; 郭喜文; 高超; 刘恩莉; 徐敏燕5.铜钴复合氧化物催化剂溶胶——凝胶法合成及二甲苯燃烧催化性能研究 [J], 付冬;胡瑞生;段毅文;沈岳年因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

铜锰复合氧化物粉体的制备及其对甲苯催化燃烧性能

铜锰复合氧化物粉体的制备及其对甲苯催化燃烧性能程高;余倩;杨俊涛;李俊;孙明;余林【期刊名称】《中国粉体技术》【年(卷),期】2014(020)004【摘要】采用水热合成法制备铜锰复合氧化物粉末催化剂,通过X射线粉末衍射分析、扫描电子隧道显微镜和比表面积对催化剂进行表征,并考察水热反应的温度和时间、沉淀剂的加入量对其催化燃烧甲苯性能的影响.结果表明,水热反应温度为150℃,反应时间为24h,加入尿素的物质的量为0.16 mol时可制得铜锰复合氧化物Cu0.451Mn0.549O2催化剂粉体,该催化剂颗粒呈现均一的立方体形貌和较大的比表面积,具有较好的甲苯催化燃烧性能,完全燃烧温度为208℃.【总页数】4页(P20-23)【作者】程高;余倩;杨俊涛;李俊;孙明;余林【作者单位】广东工业大学轻工化工学院,广东广州510006;广东工业大学轻工化工学院,广东广州510006;广东工业大学轻工化工学院,广东广州510006;广东工业大学轻工化工学院,广东广州510006;广东工业大学轻工化工学院,广东广州510006;广东工业大学轻工化工学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TQ426.62【相关文献】1.掺杂CeO2的CuMnOx复合氧化物催化剂的制备及对甲苯催化燃烧性能研究[J], 曹利;黄学敏;冯燕2.掺铈的铜锰钴复合氧化物催化剂对甲苯催化燃烧的性能研究 [J], 唐伟;胡晓东;宣逸安3.负载铜锰复合氧化物催化剂上有机废气(VOCs) 的催化燃烧性能 [J], 杨玉霞;徐贤伦4.铜锰复合氧化物催化剂上甲苯的催化燃烧 [J], 顾欧昀;廖永涛;陈锐杰;贾璐;龟山秀雄;林益;周吕;马华;郭燏5.铜锰铈三元复合氧化物的共沉淀法制备及其甲苯催化氧化性能研究 [J], 胡明华; 石零; 丁莹; 岳琳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

《铜基复合氧化物的苯催化燃烧性能及作用机理研究》范文

《铜基复合氧化物的苯催化燃烧性能及作用机理研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展，大气污染物中的有机化合物已成为主要的环境问题之一。

苯作为其中的代表，具有较高的挥发性，其排放对环境和人体健康构成严重威胁。

为了解决这一问题，研究高效的有机物燃烧催化剂及其作用机理显得尤为重要。

本文以铜基复合氧化物为研究对象，对其在苯催化燃烧中的性能及作用机理进行深入研究。

二、铜基复合氧化物的制备与表征2.1 制备方法铜基复合氧化物可通过溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法等多种方法制备。

本文采用共沉淀法制备铜基复合氧化物，该方法具有操作简便、成本低廉等优点。

2.2 样品表征通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的铜基复合氧化物进行表征，以了解其晶体结构、形貌及微观结构。

三、苯催化燃烧性能研究3.1 实验装置与方法苯催化燃烧实验在固定床反应器中进行。

以铜基复合氧化物为催化剂，在一定的温度、空速、氧气浓度等条件下，对苯进行催化燃烧。

通过检测反应前后苯的浓度变化，评价催化剂的催化性能。

3.2 结果与讨论实验结果表明，铜基复合氧化物对苯的催化燃烧具有较高的活性。

在较低的温度下，苯的转化率随着温度的升高而迅速增加，表明铜基复合氧化物催化剂具有良好的低温活性。

此外，催化剂的表面积、孔结构、活性组分含量等因素对催化性能具有重要影响。

四、作用机理研究4.1 反应路径分析苯在铜基复合氧化物上的催化燃烧过程涉及苯的吸附、活化、氧化等步骤。

通过分析反应中间产物，推测出可能的反应路径。

同时，结合催化剂的表征结果，探讨催化剂的活性组分、晶体结构对反应路径的影响。

4.2 机理分析铜基复合氧化物催化剂的催化作用主要归因于其表面的活性组分。

在反应过程中，活性组分与氧气发生作用，形成活性氧物种。

这些活性氧物种能够吸附并活化苯分子，使其发生氧化反应。

同时，催化剂的表面积和孔结构有利于反应物的扩散和传质，从而提高催化性能。

甲苯被高锰酸钾氧化的机理

甲苯被高锰酸钾氧化的机理高锰酸钾与甲苯的奇妙邂逅嘿，伙计们，今天咱们就来聊聊那个老掉牙的问题——怎么把甲苯给氧化掉。

别急，听我说，这可不是件简单的事。

你得瞅准时机，找准方法，还得有点小技巧，才能让这个调皮的家伙乖乖听话。

咱们这就来一探究竟吧！首先得明白，高锰酸钾这家伙，别看它平时低调，其实是个不折不扣的大力士。

它能在水里游刃有余地搅动，还能在火上跳起欢快的舞蹈。

但说到对付那些顽固分子，比如甲苯，它就显得有些力不从心了。

为啥呢？因为它需要一种催化剂，那种东西能帮它找到突破口，让这场战斗变得轻松愉快起来。

那么问题来了，什么样的催化剂能让高锰酸钾和甲苯这对“欢喜冤家”打得火热呢？这就得靠咱们人类的智慧了。

比如说，我们可以往里面加点过氧化氢或者硫酸，这些小家伙一加入，就像是给高锰酸钾开了挂，让它瞬间变身为一个无所不能的超级英雄。

当然了，除了这些化学小能手，咱们还可以用一些生活小窍门来搞定这个问题。

比如，把甲苯泡在热水里，或者放在阳光底下晒晒，这些都能让这个小家伙变得不那么顽固。

但是啊，这些方法虽然有效，却不是长久之计。

毕竟，化学反应是讲究平衡的，一旦破坏了平衡，那可就麻烦大了。

所以啊，要想彻底解决这个问题，还得靠那些专业的科学家们。

他们就像是一位位神奇的魔术师，通过巧妙的设计和实验，找到了让高锰酸钾和甲苯完美结合的方法。

这样一来，不仅解决了问题，还带来了新的发现和惊喜。

说到这里，我不禁想起了小时候玩的那些游戏。

那时候我们总喜欢找各种线索，解开一个个谜题。

现在想来，那些游戏不就像我们生活中的那些挑战吗？有时候我们需要一点点小小的帮助，才能找到通往成功的道路。

而那些帮助我们的人，就像是科学界的魔法师，用他们的智慧和勇气，点亮了我们的世界。

最后我想说，无论是生活中的挑战还是科学的难题，只要我们勇敢地去面对，用心去寻找解决之道，就一定能够找到答案。

就像高锰酸钾和甲苯的邂逅一样，虽然过程充满了挑战，但最终的成果却是让人欣喜若狂的。

复合氧化物催化剂催化氧化甲苯性能

复合氧化物催化剂催化氧化甲苯性能王晓晖;张颖;任海晶;刘世川;刘彦锋【摘要】以γ-Al2O3为催化剂载体,铜、锰为活性组分,稀土元素铈为助催化剂,采用浸渍法制备复合氧化物催化剂5％Cu/γ-Al2O3 、5％Mn/γ-Al2O3 、5％ Cu-5％Mn/γ-Al2O3和5％ Cu-5％ Mn-1.6％Ce/γ-Al2O3,并考察其催化氧化甲苯性能.研究表明,复合氧化物催化剂催化氧化甲苯具有显著的效果,5％ Cu-5％Mn/γ-Al2O3催化剂和5％ Cu-5％ Mn-1.6％Ce/γ-Al2O3催化剂表现出良好的低温活性和催化性能,对甲苯的完全燃烧温度分别为340℃和285℃.采用SEM和BET对催化剂进行表征,结果表明,催化剂的催化活性与活性组分在催化剂表面的分散度和催化剂的孔结构相关.【期刊名称】《工业催化》【年(卷),期】2015(023)010【总页数】3页(P773-775)【关键词】催化化学;复合氧化物催化剂;催化氧化;甲苯【作者】王晓晖;张颖;任海晶;刘世川;刘彦锋【作者单位】陕西省石油化工研究设计院陕西省石油精细化学品重点实验室,陕西西安710054;陕西省石油化工研究设计院陕西省石油精细化学品重点实验室,陕西西安710054;陕西省石油化工研究设计院陕西省石油精细化学品重点实验室,陕西西安710054;陕西省石油化工研究设计院陕西省石油精细化学品重点实验室,陕西西安710054;陕西省石油化工研究设计院陕西省石油精细化学品重点实验室,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TQ426.83;X511随着我国现代工业的迅速发展，大气中挥发性有机物(VOCs)含量逐渐升高，这是由石油化工、印刷、油漆与涂料等［1］生产与使用过程中产生并排入大气。

空气中的VOCs会破坏臭氧层，引发酸雨和产生光化学烟雾［2］，还直接危害人体健康。

VOCs的处理方法一般有吸收法、生物法［3］和冷凝法等，对于处理低浓度且无回收利用价值的VOCs废气，催化氧化法［4］因适用范围广、起燃温度低、处理效率高和二次污染小等优点受到广泛关注。

在类棒状铜锰复合氧化物上甲苯的催化燃烧活性及其失活

在类棒状铜锰复合氧化物上甲苯的催化燃烧活性及其失活刘兆信;黎维彬【摘要】大气中的甲苯等挥发性有机物对环境和人体健康具有很大的危害.催化燃烧法是去除大气中挥发性有机物的一种有效方法.本文利用共沉淀法制备的铜锰复合金属氧化物经氢氧化钠水热处理后,获得了高比表面积的类棒状铜锰复合氧化物材料,并考察了其对甲苯的催化燃烧的活性和失活原因.研究表明,样品的后处理温度对甲苯催化燃烧活性影响很大,经500℃焙烧的样品比表面积高达221 m2·g-1,在210℃可以实现甲苯的完全燃烧,其催化活性与贵金属催化剂Pd相当.所研制的类棒状铜锰复合氧化物在250℃时,运行60 h后甲苯转化率从最初的100％降至83％,通过对新鲜催化剂和反应后催化剂进行X射线光电子能谱分析(XPS)和氢气程序升温还原(H2-TPR)的分析,发现失活后样品上Mn4+和Mn3+的含量分别由40.4％、55.0％降为29.9％、50.0％,同时Mn2+的含量分别由4.60％升高为20.6％,表面氧由34.8％降低到29.2％,表明催化剂的活性位与表面氧和高价态的锰密切相关;另一方面,失活后样品的H2-TPR上氧化铜的还原峰温度从248℃上升至268℃,氧化锰的还原峰从311℃上升至333℃,表明该高活性催化剂的失活可能与其随着反应的进行变得更难还原相关.本研究结果将有助于在大气污染控制中,进一步设计出高活性高稳定性净化大气中挥发性有机物的低温催化燃烧催化剂.【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2016(032)007【总页数】6页(P1795-1800)【关键词】铜锰氧化物;催化剂失活;催化燃烧;水热处理;甲苯【作者】刘兆信;黎维彬【作者单位】清华大学深圳研究生院,广东深圳518055;清华大学化学系,北京100084;清华大学深圳研究生院,广东深圳518055;清华大学化学系,北京100084【正文语种】中文【中图分类】O647挥发性有机化合物(VOCs)是醛、酮、醇、酚类等有机物的总称,广泛存在于工业生产和日常生活中,具有毒性、臭味和致癌性1.催化燃烧是去除大气中VOCs的最有效方法之一2.催化燃烧反应所用催化剂主要包括贵金属和非贵金属催化剂.贵金属催化剂(如Pd和Pt等)通常在低温下具有良好的催化活性.例如,Uchisawa等3制备得到的Pt催化剂在200°C时能获得90%的甲苯转化率.为了克服贵金属易烧结以及价格昂贵的缺点,国内外科学工作者一直在尝试寻找贵金属催化剂的替代品,其中过渡金属氧化物在催化甲苯燃烧上表现出了良好的催化活性.过渡金属氧化物相较于贵金属具有更低的成本,更高的稳定性和更好的抗毒性4.其中,铜和锰氧化物是广泛研究与使用的过渡金属复合氧化物催化剂之一,曾被用于工业空气净化5.然而铜锰氧化物在较低的温度下催化剂活性很低,因此开发低温下具有高活性高稳定性的催化剂仍然是一个挑战6.研究表明制备方法极大地影响铜锰氧化物的结构、形态,从而影响催化活性7.Li等8在铜锰复合氧化物上开展了一系列研究,利用反向微乳法合成了Mn0.67Cu0.33氧化物催化剂,在220°C下甲苯的去除率即能达到98%,其低温去除反应效果与贵金属相近.后续工作中,又将反向微乳法制备的铜锰氧化物负载到MCM-41中孔分子筛上,进一步提高了催化剂的稳定性和抗毒性9. 本文利用氢氧化钠水热处理共沉淀法制备的铜锰复合金属氧化物,制备出了高比表面积的类棒状铜锰复合氧化物,并考察了其对甲苯的催化燃烧的活性和失活原因.2.1 材料合成利用醋酸铜与醋酸锰(国药集团化学试剂有限公司,分析纯)作为金属源,配制铜锰摩尔比为1: 2,浓度为0.25 mol.L-1的溶液,80°C恒温搅拌下,将0.25 mol.L-1的碳酸钠(国药集团化学试剂有限公司,分析纯)水溶液加入到上述溶液中,通过共沉淀法合成沉淀物,得到的沉淀洗涤过滤后分别在300、400、500、600°C下焙烧,得到铜锰复合氧化物.再将得到的氧化物进行水热处理,即先与10 mol.L-1氢氧化钠(国药集团化学试剂有限公司,分析纯)水溶液混合,放入水热釜中,恒温110°C下水热20 h,取出用去离子水洗四次后再用0.1 mol.L-1盐酸(天津科密欧化学试剂有限公司)水溶液洗两次,恒温80°C下干燥12 h,然后在260°C焙烧1 h,得到铜锰复合氧化物,进行催化活性测试与材料表征.2.2 材料表征实验采用北京金埃谱科技有限公司生产的F-sorb 2400型比表面分析仪测定比表面积,采用连续流动法测量原理,载气为高纯氦气(99.99%),吸附质为高纯氮气(99.99%).X射线衍射(XRD)分析采用日本理学RINT2000 Vertical Goniometer X 射线衍射仪测试,工作电压40 kV,电流30 mA,扫描范围20°-80°.扫描电子显微镜(SEM)采用日本日立公司生产的S4800型电子扫描电镜对样品进行测试分析,SEM 工作电压10 kV.X射线光电子能谱(XPS)分析测试在PHI5300 X射线光电子能谱分析仪上进行,激发光源为Al Kα,校准结合能用C 1s(284.6 eV).2.3 催化性能测试甲苯催化燃烧反应性能的测试在固定床微分反应器上进行.具体过程如下:称取制得的铜锰复合氧化物样品0.2 g,装入反应器中,通过质量流量计控制流路流量,控制混合气中氧气浓度(体积分数)9%、甲苯浓度0.35%,测试前先升温至260°C,保持30 min初步活化催化剂,降温至80°C,正式测试时,每10°C一个台阶,在这个台阶温度上保持10 min,在保持时间结束时测量,连续取样三次,取三次的平均值作为该温度点的有效数据.计算该温度时的甲苯转化率.Xvoc代表甲苯转化率,Cin代表甲苯进口处的浓度,Cout代表出口处的浓度,则:Xvoc=(Cin-Cout)/CinX100%.甲苯催化氧化后产物经岛津公司生产的色谱GC2010 (配有氢火焰离子化检测器(FID))检测甲苯,计算其转化率,产物还经过色谱GC2014(配有热导检测器(TCD))测量CO2,甲苯完全反应转化后未发现除CO2和H2O以外的其它产物.图1 给出了不同焙烧温度下经水热处理后样品的XRD图谱.可以看出,随着焙烧温度的增加,铜锰氧化物晶粒发生烧结长大.300°C焙烧样品水热处理后的晶相主要是MnCO3,400°C焙烧样品水热处理后的晶相是MnCO3与CuO相.随着焙烧温度的提高,水热处理后样品开始出现CuMn2O4尖晶石与CuO晶相,及CuMn2O4晶相,所提供的表面吸附氧是甲苯催化氧化反应的主要参与者10.继续升高焙烧温度至600°C,样品的XRD峰变得更尖锐,出现晶粒长大烧结的现象.另外,文献报导甲苯芳香环上的大π键容易与Cu2+络合,Cu2+的d电子反馈至芳环上的反键π键,使芳环活化11,因此CuO的存在有助于甲苯在氧化物表面的吸附活化,CuO不仅促进了甲苯的吸附,亦通过促进Cu2+⇌Cu+转换引发CuMn2O4表面过剩氧12,甲苯的催化燃烧反应是吸附的甲苯与表面氧之间的反应,CuMn2O4的主要贡献是提供表面过剩氧13,因此很可能是CuO与CuMn2O4之间的协同作用在催化中起了主要作用.图2给出了不同焙烧温度下样品水热处理后SEM图.图2a为300°C焙烧样品经氢氧化钠溶液水热处理后形貌变为无定型状,片层和颗粒之间相互堆积,这是因为300°C焙烧样品中主要为MnCO3晶相,在水热条件下MnCO3原有结构发生改变造成的.图2b为400°C焙烧样品氢氧化钠溶液水热处理后,样品呈现棒状堆积形貌,开始出现棒状结构.图2c为500°C焙烧样品氢氧化钠溶液水热处理后,样品出现明显有序的棒状结构,棒直径在10-20 nm,长度在100-300 nm,氧化物纳米棒之间相互堆积产生丰富的孔状结构,使样品具有较高的比表面积.图2d为600°C焙烧样品经氢氧化钠溶液水热处理后,样品主要为片状结构,开始出现烧结的现象.焙烧温度是催化剂制备过程中的关键因素之一,不同焙烧温度形成不同的晶相,从而对甲苯燃烧的催化作用有很大的影响.图3给出了不同焙烧温度下水热处理后样品的催化性能.结果表明,经500°C焙烧样品的催化燃烧效果最好,在低至190°C时就能完全反应去除混合气中甲苯; 300°C焙烧样品的完全反应去除甲苯的温度为220°C,这是因为300°C焙烧过程不能完全形成氧化物.样品中存在MnCO3造成的.在300°C至500°C之间,随着焙烧温度的提高,催化活性增大.继续升高焙烧温度至600°C时,催化活性下降,这主要是因为催化活性组分长大导致的,如XRD和SEM测试所示.氮气吸附实验结果表明,不同焙烧温度下水热处理后样品比表面积分别为170m2.g-1(300°C), 213 m2.g-1(400°C),221 m2.g-1(500°C),173 m2. g-1(600°C),括号中的值对应样品的焙烧温度.很显然,图3中各样品的催化效果与其比表面积大小一致,500°C焙烧样品具有最高的比表面积(221 m2.g-1),也具有最好的催化活性,如表1所示,其催化活性接近于贵金属Pt、Pd和Au的催化剂14-17.有趣的是,400°C焙烧和500°C焙烧两者比表面积相差不大,但催化活性差别很大,可见催化剂的比表面积不是影响催化活性的唯一因素.图4给出了经500°C焙烧样品的催化稳定性实验.在空速18000 h-1,催化剂装载量0.2 g,甲苯浓度0.35%(体积分数),氧气浓度为9%,恒温250°C条件下连续运行60 h考察经500°C焙烧再水热处理的样品的稳定性.恒温250°C进行稳定性测试,反应开始时甲苯去除率为100%,50 h后甲苯去除率降低为90%,催化活性略有降低;到60 h后,催化剂活性维持在83%以上,表明催化剂具有一定的稳定性.图4表明反应运行温度为250°C比190°C测试时的甲苯转化率较高,但在运行50 h后,两种测试温度下催化剂活性均出现降低且趋势相近.这里针对在反应温度为250°C反应运行60 h后,分析了催化剂失活前后样品变化情况.为进一步考察催化剂失活的原因,图5给出了经500°C焙烧样品的新鲜催化剂与运行60 h后的老化失活催化剂的XPS测试结果.图5(a)是新制备催化剂与失活催化剂中锰元素的XPS图谱对比,利用XPS分峰拟合软件,按照锰化合价的不同,将Mn 2p3/2峰分为:Mn2+、Mn3+和Mn4+峰18,可以看出,失活后样品各价态的锰的结合能没有发生改变.峰型拟合可以得到,失活后各价态锰的相对比例分别为Mn2+(20.6%)、Mn3+(50.0%)和Mn4+(29.9%).而新制备的催化剂中各价态锰的相对比例为Mn2+(4.60%)、Mn3+(55.0%)和Mn4+(40.4%).可以看出低价态的Mn2+所占比例增高,高价态的Mn4+与Mn3+相对比例变小,表明催化剂的活性与高价态的锰密切相关,可能导致反应过程中价态的变化,导致催化燃烧中的活性减低19,使甲苯的去除率降低.图5(b)是新制备催化剂与失活后的催化剂中氧元素的XPS图谱,如前文所述,将氧按照结合能的不同分为两类:结合能数值较低(529.8 eV)的为晶格氧(标记为Oβ),结合能数值较高(531.3-532.2 eV)的为表面自由氧(标记为Oα)20,从实验结果可以看到,失活的催化剂中晶格氧的结合能没有发生改变,结合能仍为529.8 eV,但表面自由氧的结合能从532.2 eV降低到531.3 eV.对其进行分峰拟合后,发现失活后的催化剂自由氧占比从原来新制备催化剂的34.8%降低到29.2%,表面自由氧含量下降.表面自由氧氧化性强,更容易与甲苯发生氧化反应21,表面自由氧浓度的降低是活性降低的原因之一.新制备催化剂与失活催化剂中铜元素的XPS结果见图5(c),由图可以看出,催化剂失活后峰的形状和位置基本没有改变.分峰拟合显示,处于低结合能的Cu+峰结合能均为930.7 eV22,处于高结合能的峰Cu2+特征峰结合能为933.8 eV.Wang等23认为,铜锰复合氧化物催化剂中存在氧化还原反应:Cu2++Mn3+⇌Cu++Mn4+,该氧化还原反应被认为是铜猛氧化物高活性的来源.故失活后的催化剂表面Cu+可能通过上述氧化还原反应影响了催化剂的失活.图6 是几种新制备催化剂与失活催化剂样品H2-TPR的对比图.300和400°C焙烧的样品在320°C左右有明显的还原峰,还原峰位置相对500°C焙烧的样品偏向高温区,样品氧化还原性较差,与催化活性测试一致.600°C焙烧的样品中位于352°C 处的峰可归结为Mn2O3还原为MnO.图6 (c,d)结果显示失活后催化剂与新制备催化剂氧化还原性能的差别.图6(c)与6(d)中248与268°C处的还原峰是CuO还原为单质Cu的还原峰24,催化剂失活后,还原性降低,氧化铜的还原温度从248°C 上升至268°C.可归类为三价或四价氧化锰还原到二价氧化锰的还原峰从311°C升高至333°C25,26,且峰面积变小,消耗的氢总量减少,表明失活催化剂更难被还原,氧化还原性降低27,28.表明该高活性催化剂的失活可能与该催化剂样品随着反应的进行变得更难还原相关.利用共沉淀法制备的铜锰复合金属氧化物经氢氧化钠水热处理后,获得了高比表面积的类棒状铜锰复合氧化物材料,并考察了其对甲苯的催化燃烧的活性和失活原因.实验发现不同焙烧温度形成不同的晶相对甲苯催化燃烧的催化活性有很大的区别.其中500°C焙烧的催化燃烧效果最好,焙烧形成的CuO相和CuMn2O4晶相对甲苯的催化燃烧起到主要作用,其活性接近贵金属催化剂.通过对新鲜催化剂和运行反应失活催化剂进行XPS和H2-TPR的分析,发现失活后样品上个Mn4+和Mn3+的含量降低,同时Mn2+的含量升高;另外,表面自由氧相对量降低.这些分析表明催化剂的活性位与表面氧和高价态的锰密切相关;失活后样品的H2-TPR结果表明,该高活性催化剂的失活可能与氧化锰和氧化铜相关的活性位随着反应的进行变得更难还原相关.References(1)Zhang,X.D.;Wang,Y.;Yang,Y.Q.;Chen,D.Acta Phys.-Chim.Sin.2015,31(9),1633.[张晓东,王吟,杨一琼,陈丹.物理化学学报,2015,31(9),1633.]doi:10.3866/PKU. WHXB201507281(2)Li,W.B.;Gong,H.Acta Phys.-Chim.Sin.2010,26(4),885. [黎维彬,龚浩.物理化学学报,2010,26(4),885.] doi:10.3866/PKU.WHXB20100436(3)Uchisawa,J.;Kosuge,K.;Nanba,T.;Masukawa,S.;Obuchi,A.Catal.Lett.2009,133,314.doi:10.1007/s10562-009-0190-x(4)Papavasiliou,J.;Avgouropoulos,G.;Ioannides,mum.2005,6,497. doi:10.1016/j.catcom.2005.04.015(5)Rangappa,D.;Ohara,S.;Umetsu,M.;Naka,T.;Adschiri,T.J.Supercrit.Fluids 2008,44,441.doi:10.1016/j. supflu.2007.09.022(6)Saqer,S.M.;Kondarides,D.I.;Verykios,X.E.Appl.Catal.B2011,103,275.doi:10. 1016/j.apcatb.2011.01.001(7)Zhuang,J.D.;Tian,Q.F.;Liu,P.Acta Phys.-Chim.Sin.2016, 32(2),551.[庄建东,田勤奋,刘平.物理化学学报,2016,32 (2),551.]doi:10.3866/PKU.WHXB201511304 (8)Li,W.B.;Zhuang,M.;Xiao,T.C.;Green,M.L.H.J.Phys. Chem.B2006,110(43),21568.doi:10.1021/jp063580g(9)Li,W.B.;Zhuang,M.;Wang,J.X.Catal.Today 2008,137,340.doi:10.1016/j.cattod.2007.11.002(10)Genuino,H.C.;Dharmarathna,S.;Njagi,E.C.;Mei,M.C.;Suib,S.L.J.Phys.Chem.C 2012,116,12066.doi:10.1021/ jp301342f(11)Jones,C.;Taylor,S.H.;Burrows,A.;Crudace,M.J.;Kiely,C.J.;Hutchings,mun.2008,1707.doi:10.1039/ b800052m (12)Solsona,B.;Garcia,T.;Agouram,S.;Hutchings,G.J.;Taylor, S.H.Appl.Catal.B 2011,101,388.doi:10.1016/j. apcatb.2010.10.008(13)Wang,X.Y.;Lu,G.Z.;Wang,R.;Wu,S.L.Chin.J.Catal. 1994,15(2),103.[王幸宜,卢冠忠,汪仁,吴善良.催化学报,1994,15(2),103.](14)Bedia,J.;Rosas,J.M.;Rodríguez-Mirasol,J.;Cordero,T.Appl. Catal.B2010,94,8.doi:10.1016/j.apcatb.2009.10.015(15)Li,P.;He,C.;Cheng,J.;Ma,C.Y.;Dou,B.J.;Hao,Z.P.Appl. Catal.B 2011,101,570.doi:10.1021/ja406820f(16)Giraudon,J.M.;Elhachimi,A.;Wyrwalski,F.;Siffert,S.; Aboukaïs,A.;Lamonier,J.F.;Leclercq,G.Appl.Ca tal.B 2007, 75,157.doi:10.1016/j.apcatb.2007.04.005(17)Liu,Y.;Dai,H.;Deng,J.;Zhang,L.;Gao,B.;Wang,Y.;Li,X.;Xie,S.;Guo,G.Appl.Catal.B 2013,140-141,317.doi:10.1016/j.apcatb.2013.04.025(18)Li,J.;Liang,X.;Xu,S.;Hao,J.Appl.Catal.B 2009,90,307.doi:10.1016/j.apcatb.2009.03.027(19)Ye,Q.;Lu,H.;Zhao,J.;Cheng,S.;Kang,T.;Wang,D.;Dai,H. Appl.Surf.Sci.2014,317,892.doi:10.1016/j.apsusc.2014.08.126 (20)Qu,Z.;Miao,L.;Wang,H.;Fu,mun.2015,51, 956.doi:10.1039/c4cc06941b(21)Xu,L.;Edland,R.;Li,Z.;Leion,H.;Zhao,D.;Cai,N.Energy &Fuels 2014,28,7085.doi:10.1021/ef5017686(22)Li,G.;Li,L.;Shi,J.;Yuan,Y.;Li,Y.;Zhao,W.;Shi,J.J.Mol. Catal.A 2014,390,97.doi:10.1016/j.molcata.2014.03.012(23)Wang,F.;Yang,G.Y.;Zhang,W.;Wu,W.H.;Xu,J.Chem. Commun.2003,1172.doi:10.1039/b300610g(24)He,C.;Yu,Y.;Shen,Q.;Chen,J.;Qiao,N.Appl.Surf.Sci. 2014,297,59.doi:10.1016/j.apsusc.2014.01.076(25)Tepluchin,M.;Casapu,M.;Boubnov,A.;Lichtenberg,H.;Wang,D.;Kureti,S.;Grunwaldt,J.D.ChemCatChem 2014,6, 1763.doi:10.1002/cctc.201301040(26)Feltes,T.E.;Espinosa-Alonso,L.;Smit,E.D.;D′Souza,L.; Meyer,R.J.;Weckhuysen,B.M.;Regalbuto,J.R.J.Catal. 2010,270,95.doi:10.1016/j.jcat.2009.12.012(27)Mu,Z.;Li,J.J.;Duan,M.H.;Hao,Z.P.;Qiao,S.Z.Catal. Commun.2008,9,1874.doi:10.1016/j.catcom.2008.03.005 (28)Zhao,W.R.;Zeng,W.Y.;Xi,H.P.;Yu,X.X.Acta Phys.-Chim. Sin.2014,30(4),761.[赵伟荣,曾婉昀,奚海萍,余纤纤.物理化学学报,2014,30(4),761.]doi:10.3866/PKU. WHXB201402132。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

＊ｌｉｅｃｎｅｔＣ－－ＣＭｎＯＣ－ＭｎＯＲａｖＣｏｔｎｅｔｕｕＭｎＯｕ－－ｕ－
元在甲苯的氛围中产生了Ｃ（与Ｃ ∣ ，这是催化剂吸附－ｕ Ⅰ）ｕＯ脱附前后颜色变化的原
因。由Ｃ－的验结表２ｕＯ实果还可看出，在吸附附－过程中，甲苯与催化表面剂氧有明
（三）催化剂的原位ＸＲ分析Ｄ
在Ｃ－－催化剂中发现存在组元ｕＭｎＯ间的协同效应，要了解协同效应是怎样构成的，进而解释催化反应机理，这就需要剖析催化剂的结构，尤其是工作状态下的结构。本实验用自行设计制造的催化反应－衍射分析样品池装置，对Ｃ－－ｕＭｎＯ氧化物在甲苯燃烧过程中进行物相的跟踪分
主要活性中心，锰痰的氧化物起着传递晶格氧参与甲苯氧化的作用，两种活性组元必须协同作
用才能呈现优良的氧化活性。
铜锰氧化物是一类可用于工业有机废气氧化的优良燃烧催化剂，其复合氧化物的活性优于各单组元氧化物，并且组元间存在着有利的复合效应。有关这种复合催化效应的微观机制，尤其是催化剂在反应条件下的作用特性，文献报导极少，而这对于弄清该类催化剂的本质和设计有利的活性构造却是十分重要的。
附的Ｔ相近，－则稍低，表明有铜组元存在时对甲苯吸附稍强。第二次ＴＤ脱附的ＭＭｎＯＰＴ变化较大，Ｃ－最高，Ｃ－－提高的幅度次之，ＭｎＯ变化不大。究其原因，ＭｕＯｕＭｎＯ－可能是由于还原态的Ｃ（０显著地加大了甲苯吸附，而且吸附更为强烈了。ｕ ┫
从ＴＤ的实验结果，可以定性地了解甲苯在Ｃ－－催化剂上的活化特性：ＰｕＭｎＯ（）铜组元的存在增加甲苯的吸附量，锰组元对此则是次要的。吸附后Ｃ－１ＵＯ样
现Ｃ（，┘ Ｍｎ坏但反应停止后，ｕ á ０及Ｏ这些中间物种再度消失，催化剂基本回复原始状
态。
上述结果可归纳如下：
（〤Ｃ－ｎＯ１ｕＭ－催化剂经由Ｃ（ｕ Ⅱ Ｃ（０鶦Ｃ（颍，在反应过程中产生颍ｕｕⅡ Ｃ（）ｕＯ，反应前后都未发现它们的存在；Ｃ－ｕ á ，Ｃ ∣ ｕＯ在反应中生成大量Ｃ（）ｕ á和Ｃ０，ｕ反应后难于恢复原状态Ｃ（颍；由此说明ｕⅡ 锰组元的加入促进了氧的传递，使
校正。
实验结果与讨论
（一）Ｃ－ｎＯｕＭ－的催化活性在消除催化反应系统内外扩散影响及反应器壁没有催化效应的前提下，于微型反应
器装置中评价Ｃ－－ｕＭｎＯ系列催化剂对甲苯的氧化活性，结果见图２。图中活性曲线
（）（）为不同铜含量催化剂的结果。１４
以甲苯转化率达５％时催化剂床层的温度０
态；反应过程中出现Ｍｎ，－２３ＯＭｎＯ晶相；停止反应再进行ＸＤ分析，图谱又变Ｒ得十
分漫散，总体上与反应前类似。Ｃ－－催化剂的ＸＤｕＭｎＯＲ图谱说明在反应前铜以ＣＯｕ形式存在，锰呈漫散的无定形
状态，ＸＳＰ分析表明，无定形态的锰为Ｍｎ á）（Ⅳ ；在甲苯催化燃烧过程中，该催化剂出
分析催化剂中氧Ｏ１）ＸＰ谱（ｓ的Ｓ图
１８年４８日收到。９８月本催啾瞪驹３毕生院弦王国奎参加了部分实验工作。
性的装置。压缩空气经甲流苯饱和获器，得混合气体（苯２０ｐ，００ｈ１含甲００ｍ以１０－ｐ０
空速进入微型反应器，通过催化剂床层，催化剂用量０５，反应后尾气经１３．ｇ０型气相色谱仪分析甲苯残余浓度 ‵Ｉ检测）。ＦＤ３．程序升温脱附：利用１３０型气相色谱仪的程序升温装置。将催化剂填充于色谱柱内，在纯氮载气流通下脉冲吸附甲苯，每次以微量进样器注入０５液体甲苯，进样．μ 室氧化温度１０催化剂样品吸附温度１０３℃ 妫２℃ 妫，以ＦＤＩ检测。饱和吸附甲苯后，进行程序升温脱附，了解催化剂上甲苯的吸附、脱附及利用表面氧反应的信息。４．原位Ｘ射线衍射分析：为了追踪甲苯催化燃烧反应的信息测定催化剂在工作，状态下的物相组成，作者设计制作了催化燃烧－衍射分析样品池，尺寸为６５羖０５０ｌｍ＜甲苯浸于池内棉花中，依靠反应热蒸发出甲苯，在催化剂层作用下燃烧。同时，ｍ３将样品池装入Ｘ射线衍射仪（丹东仪器厂产Ｙ２－型）的样品台，进行ＸＤＲ分析，样品池催化反应温度由表面温度计（日产Ｄ－０Ｃ型）测定。Ｐ２０５．Ｘ光电子能谱分析：用Ｘ光电子能谱仪（上海新跃仪表厂产Ｄ－型）检测ＮＹ１Ｃ－－系列催化剂中表面电子的特性。样品室真空度１－ｔｒｕＭｎＯ０６ｒ，以Ｃ定标进行功函数ｏ
Ｔ０表示各催化剂对甲苯氧化的起燃温５度，所得相应结果列于表１。由图２表１可见，组成配比适当的１Ｃ－－催化剂在床层升温过程中号ｕＭｎＯ活化温度最低，对甲苯催化氧化的活性最好。改变催化剂组成配比，随铜含量的降低，甲苯的催化燃烧活性随之下降，不含铜的４号ＭｎＯ催化剂在较高温度下才能－活化。这就表明，在Ｃ－－ｕＭｎＯ催化剂中离不开铜的作用，否则活性大为降低。图２中曲线（）是Ｃ－呋５ｕＯ催化剂的活性曲线。可见，单纯铜的氧化物的催化
析。
采用硅酸铝纤维载体作空白试验时表明无法使甲苯催化燃烧，可以说载体没有催化效应。用硅酸铝纤维代替－ｌＯ负Ａ２３载催化剂活性组分，经ＸＤ析表明，Ｒ分催化剂活性组分物相在两类载体上相同。燃烧工作状况下，催化剂层温度约
３０，与常规催化燃烧工作条件相近。７℃ 妫
Ｃ－ｕＯ、ＭｎＯｕＭｎＯ样品在甲苯氧－、Ｃ－－化反应前（），反应过程中（）及反１２应后（）的原位ＸＤ图谱见图４。３Ｒ在Ｃ－ｕＯ图谱中，催化反应前铜组元主要为ＣＯｕ物相；反应过程中产生大量的Ｃ（检测催化剂反应后的物相发现催ｕ化剂复原为Ｃ（颍较困难。ｕ Ⅱ）ＭｎＯＲ－的ＸＤ图谱表明甲苯燃烧前未发现衍射峰，物相或呈无定形态，或处于微晶状态，ＸＳＰ检测表明此时锰呈Ｍｎ簦）（状
显的反应；Ｃ－ｎＯｕＭ－的情形也相似。相比而言，ＭｎＯ苯的－上甲反应量则少得多。
有趣的是，若将上述经过一次甲苯吸附－脱附实验的催化剂原地再进行第二次甲苯吸附－脱附时，Ｃ－ｕＯ样品显著地吸附甲苯，并且脱附亦同样显著。而Ｃ－－ｕＭｎＯ与Ｍｎ－Ｏ两次吸附－脱附实验结果相近。图３是这些样品对甲苯吸附后的ＴＤ曲线。Ｐ图３同时标出了ＴＤＰ图谱中甲苯脱附峰的峰顶温度Ｔ。Ｃ－ＭｕＯ与Ｃ－－第一次脱ｕＭｎＯ
含有铜组元的Ｃ－，Ｃ－－新鲜催化剂中Ｃ２３２的结合能分别为９４０ｕＯｕＭｎＯｕｐ／）３．和９４５Ｖ３．ｅ，并且均于９５４Ｖ４．ｅ附近出现大的振动伴峰。可以确认，它们属于Ｃ（颍的特ｕ Ⅱ）征，而无Ｃ（）ｕ０存在。ｕ、Ｃ（）在含锰组元的ＭｎＯｕＭｎＯ－、Ｃ－－新鲜催化剂中，Ｍｎ２３２结合能分别为６２３ｐ／ ┙ ４．和６２４Ｖ，４．ｅ明显趋于Ｍｎ Ⅳ）４，在Ｍｎ Ⅱ） á ［］（颍结合能位置处未发现峰形。上列两催化剂中锰组元可能呈Ｍｎ á）（形态。簦新鲜催化剂中铜、锰的ＸＳＰ分析结果进一步支持ＸＤ的结论，两者是一致的和Ｒ相互补充的。
量可提供电子的中心，吸附Ｏ分子，形成富电子物种Ｏ，Ｏ。由此不难理解锰组元传２－２
递氧促催化剂，是与它们容易发生波及体相的氧化还
原作用分不开的［］。
（四）催化剂的ＸＳＰ分析
以ＸＰ分析方法研究新鲜的Ｃ－ＳｕＯ、ＭｎＯ、Ｃ－－－ｕＭｎＯ催化剂，实验结果见图５。－７
Ｃ（琌）ｕＯ能再氧化为Ｃ（颍。ｕ Ⅱ）２）锰组元的存在使Ｃ－－结构更无序化，可能经由Ｍｎ á 鶰Ｍｎ á 颍 → ｕＭｎＯ（）（螅） Ⅲ
ＭｎⅣ）（快速传递氧而改变晶格构造（ á ）簦ＭｎⅣ 呈无定形态）文献［，］簦。１２指出，ＭＯ属ｎ２易于体相还原给出晶格氧的金属氧化物，而还原态的ＭＯ型半导体氧化物，含有大ｎ属Ｐ
本文报导在铜锰氧化物上，以催化甲苯燃烧为模型反应，应用原位Ｘ射线衍射、Ｘ光
电子能谱、程序升温脱附等物理化学测试手段追踪，探讨了甲苯在Ｃ－－ｕＭｎＯ上催化燃烧的作用机理。
实验
部分
１．催化剂的制备：以－ｌＯ３Ａ２或硅酸铝纤维为载体浸渍以一定配比的铜、锰的硝酸盐水溶液。经干燥、焙烧，制成Ｃ－－系列催化剂。ｕＭｎＯ２．催化剂活性评价：图１为考察Ｃ－－ｕＭｎＯ系列催化剂对于甲苯氧化反应催化活
铜锰氧化物催化甲苯燃烧的作用机理
束骏吴善良汪仁＊
（华东化工学院工业催化研究所，上海）
提
要
通过原位Ｘ射线衍射、Ｘ光电子能谱、程序升温脱附等测试方法，研究了甲苯在铜锰氧化物（ｕＭｎＯ）催化氧化的机理。提出反应过程中形成的还原态Ｃ（，）Ｃ－－上ｕ０是吸附甲苯的
品呈还原态红棕色。
２）铜组元含量改变时，Ｃ－－ｕＭｎＯ上甲苯的吸附量随之变化，铜是其主要的甲苯吸附中心。
３）从反应量来看，Ｃ－样品初ｕＯ
始时较高，但与甲苯作用后，呈还原态Ｃ（，Ｃ０，此时反应较少。虽然ｕｕＭｎＯ本身对甲苯反应量并不高，但是，－将锰组元引入后的Ｃ－－ｕＭｎＯ催化剂，则升温过程中甲苯反应量骤增，这应该归因于锰的氧化物快速传递氧的结果。
Ｔ０ｔｅｐｒｕａｗｉ５ｔｕｎｃｖｒｄ５：ｈｔｍｅｔｅｈｃ０ｏｅｅｅｔｅａｒｔｈｌｏｎｅ