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

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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/Al2O3和Cr4FeOx/Al2O3催化剂表面Cr主要以Cr3+的价态存在,而活性较低的Cr4CuOx/Al2O3催化剂表面Cr主要以Cr6+的价态存在,这是因为Cr3+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Cr4MnOx/Al2O3和Cr4CeOx/Al2O3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/Al2O3和Cr4FeOx/Al2O3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/Al2O3或Cr4FeOx/Al2O3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Cr4MnCenOx/Al2O3/Cord (n=01)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Al2O3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Cr4MnCe0.6Ox/Al2O3/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。
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