氧化锰载体金催化剂催化性能研究

氧化锰载体金催化剂催化性能研究

2016-07-22 13:03来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部

金催化剂的TEM图

CO的催化氧化已经在很多领域得到广泛的应用, 如封闭式内循环CO2激光器、CO气体探测器、室内空气净化以及密闭空间微量CO的消除等领域. 近年来, 在富H2气氛下CO的优先催化氧化(CO-PROX)也得到广泛的研究和应用. 此外, 由于CO催化氧化反应的简单性, 其常被作为催化研究中的探针反应之一. 因此, CO催化氧化反应具有较重要的理论意义和实际应用价值.

挥发性有机物(VOCs)大多来自于移动源和工厂排放的废气, 其对大气环境和人体健康危害极大, 所以消除VOCs气体污染具有重要的意义. 通常有机物的消除是在高温(>1000℃)条件下对其进行燃烧处理, 能源消耗较大. 催化氧化技术通常被认为是最有效的处理VOCs的技术, 其具有操作温度低(<500℃)、能源消耗低、效率高和操作费用低等优点, 极具可行性, 但高效的催化剂是此技术的关键.

近年来, 人们制备了大量的催化氧化VOCs气体的催化剂, 包括贵金属(Pt、Pd、Rh、Au)负载型催化剂和过渡金属(Cr、Co、Cu、Ni、Mn)氧化物负载型催化剂. 其中, 贵金属负载型催化剂在低温具有较高的活性, 但是高昂的价格及在使用过程中容易烧结和中毒限制了它们的使用. 因此急需开发一种具有高的热稳定性和抗中毒能力的廉价催化剂.

体相/或氧化锰负载的催化剂常常被用做CO、甲烷和碳氢化合物催化氧化的催化剂. 通常一种金属氧化物负载催化剂常常很难与贵金属催化剂相媲美, 而将两种或更多的金属氧化物结合制备的复合催化剂可以获得较高的催化活性. 如Mn-Fe复合氧化物催化剂比沸石负载Pt 催化剂具有更高的催化氧化含氧有机物的性能。

对于Au负载型催化剂, 自从1987年Haruta等报道Au负载型催化剂对CO低温催化氧化具有很高的活性以来, 人们对纳米金负载型催化剂的CO催化氧化性质进行了广泛的研究. 金负载型催化剂的催化性能与Au颗粒大小、载体性质和催化剂的制备方法密切相关. 目前人们普遍认为, 高度分散态纳米金对低温催化氧化CO反应具有极好的催化活性. 当Au高度分散在金属氧化物(例如TiO2、α-Fe2O3和Co3O4 )上时, 可以获得高的催化氧化活性.

北京工业大学环境与能源工程学院叶青等人以尿素为沉淀剂用沉积-沉淀法制备了α

-MnO2负载Au催化剂xAu/α-MnO2(x=0-7(对应的Au负载量(质量分数)分别为0-7%)), 使用X射线粉末衍射(XRD)、N2-吸附/脱附、透射电镜(TEM)、X 射线光电子能谱(XPS)和H2-程序升温还原(H2-TPR)等技术对所制样品进行了表征, 并测定其对CO和苯的催化氧化性能. XRD结果表明, 负载Au对α-MnO2载体结构影响不大, 随Au含量的增加, Au颗粒明显增大. N2 -吸附/脱附和TEM结果表明, Au的加入对xAu/α-MnO2的比表面积、孔容和孔径等结构性能影响较小, 表明Au分布在α-MnO2载体表面, 未阻塞其孔道. XPS结果表明, 随着Au负载量的增加, xAu/α-MnO2中的O2-/(O22-或O-)、Mn4+/Mn3+和Au3+/Au0的摩尔比在增加, 表明其晶格氧、Mn4+和Au3+的浓度在增加. 由于贵金属的溢氢作用, Au明显促进xAu/α-MnO2氧化还原能力,

其中3Au/α-MnO2具有最高的氧化还原性. 负载Au明显影响xAu/α-MnO2样品的催化活性, xAu/α-MnO2的催化性能与Au的分散性、氧化还原性能及表面氧物种的种类密切相关, 其中3Au/α-MnO2显示出最佳活性, 其催化氧化CO的T90=80℃, 苯的T90 =200℃.