| 含氮有机物选择性催化氧化催化剂结构与性能研究 | |
| 宋爱英 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 吕功烜 |
| 2014-05-22 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Department | OSSO国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 铂-钌 分散度 迟滞效应 催化湿式氧化 一甲胺 Pt-ru Dispersion Hysteresis Cwao Ma |
| Abstract | 催化湿式氧化(Catalytic wet air oxidation, CWAO)是一种降解废水中有机污染物十分有效的技术。由于催化剂存在，多种有机污染物分子在较为温和条件下，可被选择性氧化成二氧化碳、水和氮气等对环境无害的无机物。本论文通过对含氮有机物一甲胺 CWAO 反应过程中催化剂结构与性能的研究，揭示出了催化剂活性中心的类型、性质、表面结构与价态和载体对催化剂的活性与选择性的影响规律，从而利用对催化剂活性中心和载体的选择、修饰、调控来有效的提高了催化剂对一甲胺湿式氧化的催化活性和选择性，取得了如下创新性成果： 1. Pt-Ru/Al2O3催化剂中活性组分分散度提高研究 向 Ru/Al2O3 催化剂中引入一定量的 Pt 组分，能够显著改变双金属催化剂中活性组分的分散度。通过研究发现，主要原因是由于前驱体溶液中PtCl62- /PtCl42-和Ru3+ 通过静电作用形成了分散均匀的“离子簇”，在浸渍过程中被整体吸附在Al2O3表面，从而在干燥和焙烧过程中有效抑制了金属离子的重新分布和团聚；焙烧后催化剂前驱体中PtOx/PtClyOx和RuOx的还原性存在一定差异，因此在高温H2还原过程中PtOx/PtClyOx起到了“隔离”作用，有效防止了双金属催化剂中活性组分的烧结。另外，在一甲胺CWAO过程中Ru基催化剂的催化活性随活性组分分散度的提高而显著增加。因此，在Pt-Ru(3:1)/Al2O3，Pt-Ru(1:1)/Al2O3，Pt-Ru(1:3)/Al2O3，Pt/Al2O3和Ru/Al2O3催化剂中，由于 Pt-Ru(3:1)/Al2O3 的分散度最高而在一甲胺的CWAO过程中表现出了最佳的催化活性。 2. Pt-Ru/Al2O3-ZrO2催化剂催化活性促进研究 通过向Ru/Al2O3-ZrO2催化剂中引入Pt 组分，有效调控了双金属催化剂中活性组分的分散度和Ru 物种的表面化学状态，从而进一步提高了双金属催化剂在一甲胺CWAO过程中的催化活性。TEM和CO化学吸附表征结果表明Pt组分的引入能够有效提高Pt-Ru/Al2O3-ZrO2催化剂中金属纳米颗粒的分散度。XPS 表征结果表明Pt组分的引入能够促进双金属催化剂中金属态Ru的形成。 3. 一甲胺湿法氧化过程中Pt-Ru/Al2O3-CeO2催化性能研究 采用浸渍法制备了M/Al2O3-CeO2(M=Pt-Ru，Ru，Pt)催化剂，并将催化剂用于一甲胺的CWAO 反应。结果表明，Pt-Ru/Al2O3-CeO2具有最佳的催化活性和选择性。运用TPR，XPS，XRD，TEM，BET和CO化学吸附等技术对催化剂的物化性质进行表征后发现，向Ru/Al2O3-CeO2催化剂中引入Pt组分可有效提高双金属催化剂活性组分的分散度，从而显著提高了双金属催化剂在一甲胺CWAO反应中的催化活性。另外，在升降温过程中总有机碳转化率与氮气选择性出现了明显的迟滞效应，表明一甲胺的CWAO反应遵循化学吸附-脱附机理。 4. 载体对 Pt催化剂在一甲胺湿式氧化中的催化性能影响研究 采用浸渍法将Pt负载于三种不同类型载体的表面，并将它们用于一甲胺的CWAO反应。结果发现载体对Pt催化活性具有十分明显的影响：当Pt负载到活性炭载体表面时具有最佳的催化活性，其次是还原型载体氧化锆，当Pt负载到非还原型载体氧化铝表面时表现出了最低的催化活性。Pt/AC催化剂优异的催化活性主要归因于金属活性组分与载体间的弱相互作用以及活性炭自身的催化性能和高比表面积。另外，在本实验条件下，仅有少量亚硝酸根和硝酸根形成，表明此类副产物的形成过程可能属于体相反应，采用气固接触方式，使反应在催化剂表面进行且让二氧化碳和氮气及时从反应体系中排出，可有效避免此类副产物的生成。 |
| Subject Area | 物理化学与绿色催化 |
| Funding Project | 环境催化与清洁能源研究组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/6768 |
| Collection | 羰基合成与选择氧化国家重点实验室（OSSO） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 宋爱英. 含氮有机物选择性催化氧化催化剂结构与性能研究[D]. 中国科学院大学,2014. |
| Files in This Item: | ||||||
| File Name/Size | DocType | Version | Access | License | ||
| 201416宋爱英.pdf（4428KB） | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | |||
Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Edit Comment