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催化燃烧是一种有效的消除挥发性有机物废气的技术。过渡金属氧化物La0.8Sr0.2MnO3和CuMn2Ce4因其价格低廉,催化活性较高,热稳定性较好,有望取代贵金属成为VOCs燃烧应用的主要工业催化剂。由于压降和传质效率等因素,VOCs燃烧中使用的多是整体式催化剂。涂层是影响整体式过渡金属氧化物催化剂热稳定性的重要因素之一,掺入稀土或碱土金属的改性γ-Al2O3是性能较好的一类涂层材料。
本文采用固相反应法制备了钙铝石型12SrO·7Al2O3材料,以其作为整体蜂窝陶瓷催化剂的涂层,考察了催化剂的燃烧性能,得到以下结果:
与以γ-Al2O3和六铝酸盐Sr0.3Ba0.5La0.2MnAl11O19作为涂层的钙钛矿整体催化剂比较可发现,12SrO·7Al2O3作为涂层时明显改善了钙钛矿整体催化剂的活性和热稳定性,在850℃下焙烧6 h之后,以12SrO-7Al2O3作为涂层的整体催化剂仍可以在260℃左右就可以将甲基丙烯酸甲酯完全转化,而γ-Al2O3和Sr0.3Ba0.5La0.2MnAl11O19为涂层的催化剂分别需要320和340℃。BET和SEM的结果表明,比表面积不是12SrO·7Al2O3起作用的主要因素,而避免了La0.8Sr0.2MnO3颗粒在其表面的烧结,从而维持了高温下La0.8Sr0.2MnO3活性组分的分散性,才是12SrO·7Al2O3作为蜂窝陶瓷型钙钛矿整体催化剂涂层优于γ-Al2O3和Sr0.3Ba0.5La0.2MnAl11O19的主要原因。
其次,以堇青石为基体,12SrO·7Al2O3材料为涂层,采用溶液浸渍法制备了蜂窝陶瓷型CuMn2Ce4整体催化剂,考察了该整体催化剂的性能。结果表明,以12SrO·7Al2O3作为涂层的整体催化剂与无涂层的CuMn2Ce4整体催化剂相比,其耐高温性能有了明显提高,SEM、EDS和BET表明有涂层的整体催化剂活性组分较之无涂层整体催化剂更为稳定,在表面原子总数中所占比重更高。12SrO·7Al2O3涂层材料的存在不仅避免了CuMn2Ce4与堇青石发生的固相反应,保持了CuMn2Ce4活性组分结构和比表面积,也使得其更多的保持在催化剂的表面,从而改进了CuMn2Ce4整体催化剂耐高温性能。
最后,为进一步提高La0.8Sr0.2MnO3活性组分的催化活性,进行了向La0.8Sr0.2MnO3中掺杂贵金属钯的初步研究。结果发现当钯的掺杂量为0.8%-1.2%时活性提高最为明显。