α、δ-MnO的制备及对邻二甲苯深度催化氧化的研究

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深度催化氧化法是治理苯系污染物中最经济和最环保的研究方法之一,它可将苯系污染物深度催化氧化完全转化为二氧化碳和水。在众多催化剂中,锰氧化物具有价格低廉、取材方便、合成路线简单以及良好的催化性能等优点,因此,采用合适的方法制备高效的锰氧化物催化剂来消除苯系污染物是一个很有意义的研究课题。  本论文以KMnO4与正丁胺、KMnO4与叔丁胺为原料制备得到系列的α-MnO2、δ-MnO2,对目标产物邻二甲苯进行深度催化氧化。采用X-射线衍射(XRD)、冷场发射扫描电镜(SEM)、比表面积测试仪(BET)、热重分析仪(TG/DTA)等手段对催化剂进行表征。具体实验内容如下:  (1)采用界面法,以高锰酸钾(KMnO4)和不同的胺(乙胺、乙二胺、正丙胺、正丁胺、异丙胺、异丁胺、环己胺)为原料,制备了系列介孔α-MnO2。考察发现催化剂活性与胺的极性有关,不同的胺中正丁胺制备催化剂活性最好,在210℃将邻二甲苯深度催化氧化为二氧化碳和水。进一步以高锰酸钾与正丁胺为原料,考察了摩尔比、反应物浓度、不同溶剂、溶剂量不同和焙烧温度对催化剂物相及形貌的影响。实验得出制备介孔材料α-MnO2与胺的还原性、溶解性、空间结构等因素有关。制备的α-MnO2催化活性最好的条件为:以0.02molKMnO4和0.1mol正丁胺为原料,采用H2O/CH2Cl2为界面,室温下反应24h。通过BET和BJH模型分析出,该方法制备的催化剂的比表面积较大为250.671m2g-1,平均孔径为19.082nm,属于介孔材料。催化剂400℃焙烧后正丁胺起到模板剂的作用形成特殊的四棱柱形貌,比表面积(185.543m2g-1)较大的介孔材料。研究发现500℃焙烧后仍为介孔结构,由此可知该方法制备催化剂的热稳定性好。  (2)采用室温氧化还原共沉淀法,以高锰酸钾(KMnO4)和叔丁胺为原料,制备得到δ-MnO2。考察了反应方法、反应温度、盐酸处理及焙烧温度对催化剂物相及性能的影响;并研究制备δ-MnO2的条件,δ-MnO2与α-MnO2转化的条件,并从邻二甲苯的分解率分析上述两类催化剂的性能。实验得出制备δ-MnO2与还原剂的还原性、反应速率有关。δ-MnO2转化为α-MnO2可以通过提高反应温度(提高反应速率)、盐酸处理(H+可以替换出δ-MnO2的K+)、提高焙烧温度(δ-MnO2转化为热稳定好的α-MnO2)实现物相转化。
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