过渡金属氧化物上1,2-二氯乙烷催化燃烧的研究

【摘要】：1,2-二氯乙烷(1,2-dichloroethane,简写1,2-DCE)是含氯挥发性有机物中的典型代表。催化燃烧是目前含氯挥发性有机物净化技术中的研究热点。本论文尝试合成出一种催化活性高的过渡金属氧化物作为1,2-DCE催化燃烧的催化剂,从催化活性、选择性和稳定性等多方面进行了系统考察。 论文采用氧化沉淀法(OP)、共沉淀法(CP)和微乳法(ME)三种方法合成了一系列不同Mn/Ce比的MnO_x-CeO_2复合氧化物催化剂。三种方法分别合成的MnO_x-CeO_2复合氧化物在1,2-DCE催化燃烧中均具有比纯MnO_x和纯CeO_2更佳的催化活性、选择性和稳定性。此外,氧化沉淀法合成的0.5MnO_x-CeO_2-OP样品比共沉淀法和微乳法合成的同比例样品的活性更高,1,2-DCE转化率为50%的温度(T50)为350℃,T90温度为425℃,对副产物氯乙烯的选择性在反应升温过程中始终低于6.2%。该方法合成的样品中MnO_x主要以MnO_2的物相出现,具有比其他两种方法合成的样品更多的Mn4+锰物种,说明高氧化态锰物种有利于1,2-DCE的催化燃烧。 此外,还考察了以TiO_2,Al_2O_3和ZrO_2为载体的负载型MnO_x-CeO_2-OP催化剂的活性,均表现出优于非负载型MnO_x-CeO_2-OP复合氧化物的高温催化性能。其中,以TiO_2为载体的MnO_x-CeO_2-OP复合氧化物催化剂在1,2-DCE催化燃烧中具有极佳的催化燃烧活性。 Cr_2O_3、TiO_2、CeO_2、ZrO_2和MnO_x这五种金属氧化物催化剂的1,2-DCE催化燃烧T90温度依次为375℃,385℃,425℃,440℃和460℃。TiO_2具有与已知高催化活性的Cr_2O_3相当的1,2-DCE催化燃烧活性,优于CeO_2、ZrO_2和MnO_x。在TiO_2上进行1,2-DCE的催化燃烧,只产生了氯乙烯、氯气两种含氯副产物,且选择性始终低于5.5%和3%,优于其他几种催化剂,并且稳定性良好。30%Cr_2O_3/TiO_2催化剂具有比其他Cr_2O_3负载量催化剂更优异的催化活性和选择性。在空速为10000h-1~100000h-1范围内,TiO_2受空速影响很大;当空速为10000h-1时,1,2-DCE完全转化的温度为300℃。 【关键词】：含氯挥发性有机物 催化燃烧 1 2-二氯乙烷 二氧化钛 锰铈复合氧化物催化剂
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O643.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-18
• 1.1 课题目的和意义9
• 1.2 CVOCs 的净化技术9-11
• 1.2.1 生物滴滤法10
• 1.2.2 光催化氧化10-11
• 1.2.3 催化加氢脱氯11
• 1.2.4 直接燃烧11
• 1.2.5 催化燃烧11
• 1.3 催化燃烧技术的研究进展11-17
• 1.3.1 CVOCs 催化燃烧原理12
• 1.3.2 贵金属催化剂12-13
• 1.3.3 固体酸催化剂13-14
• 1.3.4 过渡金属氧化物催化剂14-17
• 1.4 论文各部分的主要内容17-18
• 第2章 实验部分18-25
• 2.1 催化剂的制备方法18-20
• 2.1.1 MnO_x-CeO_2 复合氧化物粒子的制备18-19
• 2.1.2 负载型MnO_x-CeO_2 复合氧化物催化剂的制备19
• 2.1.3 TiO_2 催化剂的制备19-20
• 2.1.4 化学试剂表20
• 2.2 催化剂的表征20-22
• 2.2.1 比表面积20-21
• 2.2.2 X-射线衍射（XRD）21
• 2.2.3 扫描电镜（SEM）21
• 2.2.4 X-射线光电子能谱（XPS）21-22
• 2.3 催化剂的活性评价22-25
• 2.3.1 催化剂评价装置22-23
• 2.3.2 评价指标23-25
• 第3章 在MnO_x-CeO_2 复合氧化物上的催化燃烧25-54
• 3.1 氧化沉淀法MnO_x-CeO_2 复合氧化物催化剂活性评价25-34
• 3.1.1 活性评价25-28
• 3.1.2 选择性评价28-33
• 3.1.3 稳定性评价33-34
• 3.2 共沉淀法MnO_x-CeO_2 复合氧化物催化剂活性评价34-37
• 3.3 微乳法MnO_x-CeO_2 复合氧化物催化剂活性评价37-38
• 3.4 制备方法对催化剂催化活性的影响38-44
• 3.5 负载型MnO_x-CeO_2-OP 催化剂的催化活性44-49
• 3.5.1 负载型MnO_x-CeO_2-OP 催化剂44-46
• 3.5.2 纯载体的比较46-47
• 3.5.3 以TiO_2 为载体的MnO_x-CeO_2-OP 催化剂的催化活性47-49
• 3.6 反应条件对MnO_x-CeO_2-OP 催化剂活性的影响49-52
• 3.6.1 催化燃烧与直接燃烧的对比49-51
• 3.6.2 空速51-52
• 3.7 小结52-54
• 第4章 在TiO_2 催化剂上的催化燃烧54-67
• 4.1 TiO_2 催化剂对1,2-DCE 催化燃烧的活性评价54-58
• 4.1.1 活性评价55
• 4.1.2 选择性评价55-58
• 4.1.3 稳定性评价58
• 4.2 TiO_2 催化剂对其他VOCs 催化燃烧的活性评价58-60
• 4.3 以TiO_2 为载体的催化剂的活性评价60-62
• 4.4 酸改性TiO_262-63
• 4.5 反应条件对TiO_2 催化剂活性的影响63-66
• 4.5.1 空速63-65
• 4.5.2 水蒸汽的影响65-66
• 4.6 小结66-67
• 第5章 结论和建议67-69
• 5.1 结论67-68
• 5.2 建议68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果74

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