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【6h】

锆掺杂的CeO2-CrOx复合氧化物催化剂上CVOCs催化氧化性能

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摘要

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 含氯挥发性有机物(CVOCs)概述

1.3 含氯挥发性有机物(CVOCs)的处理方法

1.4 CVOCs催化氧化催化剂研究进展

1.4.1 贵金属催化剂

1.4.2 过渡金属催化剂

1.4.3 分子筛及其金属改性催化剂

1.4.4 稀土复合氧化物催化剂

1.5 立题依据和研究内容

1.5.1 立题依据

1.5.2 研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验仪器与试剂

2.2 催化剂的制备

2.2.1 不同铈锆比例的复合氧化物催化剂制备

2.2.2 不同酸性材料复合氧化物催化剂制备

2.3 催化剂的活性评价

2.3.1 催化剂活性评价方法

2.3.2 尾气中HCl和Cl2的选择性测定方法

2.4 催化剂的表征方法

第三章 锆稳定的CeO2-CrOx催化剂上DCE催化氧化性能研究

3.1 引言

3.2 实验结果与讨论

3.2.1 不同锆含量的CeO2-CrOx催化剂上DCE催化氧化性能

3.2.2 催化剂的耐受性研究

3.3 小结

第四章 不同酸性材料复合氧化物催化剂上DCE催化氧化性能研究

4.1 引言

4.2 实验结果与讨论

4.2.1 不同酸性材料复合氧化物催化剂上DCE催化氧化性能的研究

4.2.2 催化剂的耐久性研究

4.3 小结

第五章 CZCr/HZSM5催化剂上CVOCs催化降解机理的探讨

5.1 引言

5.2 实验结果与讨论

5.2.1 DCE催化降解机理的探讨

5.2.2 DCM催化降解机理的探讨

5.2.3 TCE催化降解机理的探讨

5.2.4 CB催化降解机理的探讨

5.2 小结

第六章 总结与展望

参考文献

作者简介

硕士期间发表论文和投稿情况

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摘要

随着科技的飞速发展以及人类活动领域的不断扩大,人类对大自然造成的危害越来越大,环境污染问题日益严重。CVOCs作为大气污染物的主要来源之一,不仅会对环境造成极为恶劣的影响,而且对人体健康也有着极大的危害。近年来,关于CVOCs排放方面的环保立法也越来越严格。催化氧化法因具有起燃温度低、能耗小以及二次污染小等优点,被认为是最节能高效且经济可行的方法。研究和开发低成本、高活性、高选择性以及高稳定性的催化剂是目前环境催化材料研究领域中重要的课题之一。
  本论文采用共沉淀法(超临界干燥)制备了系列CeO2-ZrO2-CrOx(CZCr)催化剂,研究锆的添加量、不同酸性材料(HZSM5、TiO2、Al2O3和SiO2)对CeO2-ZrO2-CrOx催化剂上DCE催化氧化性能的影响。考察了反应体系中H2O或C6H6的存在,对DCE催化降解性能的影响,并初步探讨了CZCr/HZSM5催化剂上DCE、DCM、TCE和CB催化降解的反应机理。通过XRD、N2吸脱附、SEM、UV-Raman、XPS、H2-TPR和NH3-TPD等技术对催化剂的物相结构、比表面积及孔结构、氧化还原性质和表面酸性质等物理化学性质进行了表征分析,通过O2-TG-MS等表征方法分析催化剂的失活原因。主要得到以下结果:
  1.研究了不同锆含量的CeO2-ZrO2-CrOx催化剂上DCE的催化氧化性能。结果表明,适量锆的添加可显著提高CeO2-CrOx催化剂的热稳定性及对DCE的催化氧化活性,其中Ce/Zr摩尔比为1∶1的CZCr11催化剂对DCE的氧化活性以及热稳定最高,仅产生极微量的含氯副产物C2H3Cl,并具有较高的HCl选择性。这可能与适量锆的添加能够明显改善CeO2-CrOx复合氧化物的结构稳定性、氧流动性及氧化还原性能等有关,从而有利于DCE的吸附活化以及进一步脱氯、深度氧化降解能力的提高。
  2.研究了不同酸性材料(HZSM5、TiO2、 Al2O3和SiO2)负载CZCr催化剂上DCE的催化氧化性能。结果表明,催化剂中的酸性位与氧化活性位之间存在很强的协同催化作用,催化剂载体的酸性质(强度和数目)对催化活性有重要的影响,载体的强酸性和丰富的酸性位(强、弱酸)有利于DCE分子的吸附和活化、脱氯生成C2H3Cl;而CZCr复合氧化物的强氧化还原性则有利于DCE降解过程产生的中间物、副产物的深度氧化。20%-CZCr/HZSM5催化剂表现出良好的催化活性以及耐热稳定性,对不同种类的CVOCs反应物的催化氧化活性顺序为(T90%): DCE> DCM> CB> TCE。
  3.研究了反应体系中H2O或C6H6的存在对DCE催化氧化性能的影响。结果表明,H2O/C6H6分子在低温条件下易与DCE分子发生竞争性吸附,导致DCE分子在催化剂表面吸附活化的难度增加。C6H6比H2O更容易吸附在催化剂活性中心位点,低温条件下对DCE催化降解性能的影响更大,导致催化剂的深度氧化能力下降而更容易积碳。
  4.催化剂表面积碳是影响催化剂耐受性的主要原因,而CZCr复合氧化物与HZSM5的复合,可明显提高HZSM5负载催化剂的深度氧化能力,减少催化剂的表面积碳,从而提高催化剂的耐受性。

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