更全的杂志信息网

MnOx催化剂用于甲苯催化氧化反应的研究

更新时间:2009-03-28

挥发性有机物(VOCs)是大气的主要污染物,严重危害生态环境和人类健康。在诸多的VOCs处理技术中,催化氧化由于净化效率高、能耗低,且能将有机物彻底转化为二氧化碳和水,被认为是最具应用前景的净化技术。目前,催化氧化技术的关键是获得具有优异催化性能且价格低廉的催化剂。

7) 业务类型:业务类型不同,应用的受众不同,推广模式也不相同,若非必要,用户更倾向于不安装新的APP。因此,若要快速推广,借助现有的微信公众平台或支付宝扩展程序是可行的。

MnOx中多种价态的锰和其本身的晶格缺陷(氧空位),在VOCs催化净化领域引起了研究者的广泛关注。据报道,MnO2[1]、Mn2O3[2]、Mn3O4[3]等在VOCs催化氧化反应中均具有良好的催化活性,KIM等[4]比较了上述3种MnOx,发现催化活性顺序为Mn3O4>Mn2O3>MnO2。SHI等[5]发现,MnO2晶体结构和表面形貌对催化氧化甲苯有显著影响,其中具有独特结构的α-MnO2、ε-MnO2和β-MnO2要比无定形态的MnO2具有更高的催化活性。MnOx的晶体结构、锰价态主要与制备方法有关。

第六,进一步加强水利预算绩效管理。要把绩效理念融入预算管理全过程,着力构建水利预算绩效管理机制。要加强预算绩效目标管理,根据部门职能和事业发展规划,合理测算资金需求,及时编报绩效计划,科学设定绩效目标。要加强绩效运行跟踪监控管理,建立绩效运行跟踪监控机制,定期采集分析绩效运行信息,不断强化督促检查和整改,促进绩效目标的顺利实现。要建立健全绩效评价指标体系和结果反馈制度,评价结果要及时反馈到预算执行单位,并作为实施行政问责、安排以后年度预算的重要依据。要规范、有序、及时地公开预算信息,切实增强预算绩效管理透明度。

本研究采用氧化还原沉淀法合成MnOx催化剂,对其结构进行表征,并与传统的溶胶凝胶法制备的MnOx催化剂进行比较,以甲苯为典型VOCs,评价其催化氧化性能。

1 方 法

1.1 MnOx催化剂的制备

利用美国Thermo公司的 VG ESCALAB250 型X射线光电子能谱仪进行锰和氧含量及活性氧物种分析,以AlKα为辐射源,采用C 1s结合能(284.8 eV)进行校对。

1.2.1 X射线衍射

最后,同英国一样,美国也认为缅甸政府和军队都不可靠,大量的军援在缅甸不能被有效、正确地利用,这一点也得到英法美三国新加坡军事会谈的一致背书。1951年,美国国务院内部反对向缅甸提供更多的军事援助,理由是即使缅甸拿到了大量的、超出其实际需求的军火,也不能增加缅甸政府的防卫能力和平叛能力,多余的武器会被变卖或用于私人武装,因此美国首先应满足盟友的需要,拒绝缅甸人的援助要求。[40]

1.2 催化剂的表征

(2) FEP与外部时钟系统采用自开发软件。由于Meinberg工具对于上层时钟源在1 000 s之内发生的偏差或跳变,下一层时钟均可以与上层同步;而实际信号系统一般规定外部时钟源存在几秒或十几秒的偏差或跳变时,停止信号系统通信前置机与外部时钟系统同步。

氧化还原沉淀法:称取10.5 g高锰酸钾和38.5 g硝酸锰溶液(质量分数50%)分别溶解于30 mL去离子水中,然后将配得的高锰酸钾溶液加入到硝酸锰溶液中混合搅拌均匀(高锰酸钾和硝酸锰的摩尔比为2∶3),再用1 mol/L的NaOH溶液调节至pH=10;室温下搅拌陈化2 h,过滤、洗涤多次至中性,于120 ℃干燥12 h、500 ℃焙烧4 h,得到MnOx催化剂,记为MnOx-R。

X射线衍射仪为德国布鲁克公司的D8 ADVANCE型,测试条件为:常温,CuKα衍射源,管电流为40 mA,管电压为 40 kV,扫描速度4°/min,扫描范围为20°~80°,检测器为闪烁计数器。

美国麦克仪器公司的AutoChem Ⅱ 2920型化学吸附仪中装填50 mg催化剂(60~80目)于U型石英管反应器内;在30 mL/min的He气流下,对催化剂以10 ℃/min的速率升温至400 ℃保持 0.5 h;在He气氛中冷却至室温后,用H2体积分数为10%的H2/Ar混合气(30 mL/min)吹扫;吹扫至基线稳定后,以10 ℃/min 的速率升温至600 ℃,对热导检测器记录下的H2消耗量与温度作图,得到H2-TPR图。

1.2.2 H2程序升温还原(H2-TPR)

1.2.3 低温N2吸附—脱附等温曲线

采用美国麦克公司的ASAP2010C型物理吸附仪对催化剂进行比表面积及孔结构分析。测试前样品先在真空下200 ℃处理3 h,再在-196 ℃下进行样品测试,检测完成后采用BET方法计算样品的比表面积,采用BJH法计算孔容和孔径。

1.2.4 X射线光电子能谱

溶胶凝胶法:称取35.8 g硝酸锰溶液(质量分数50%)和19.2 g柠檬酸分别溶解于30 mL去离子水中,然后将配得的硝酸锰溶液加入到柠檬酸溶液中混合搅拌均匀(硝酸锰和柠檬酸的摩尔比为1∶1),80 ℃加热、蒸发;待样品成胶状后120 ℃干燥12 h;150 ℃下热处理 4 h、200 ℃预处理2 h、500 ℃焙烧4 h,得到MnOx催化剂,记为MnOx-S。

抽取该院治疗的96例重型颅脑损伤应激性血糖增高患者,根据护理差异分为两组均48例。均为重度颅脑损伤,均出现不同程度并发症;患者既往血糖均正常,入院后尿液检查均正常,并无肝肾及泌尿系统病史,临床各项资料均完整。对照组:男性24例,女性24例,年龄在 24~68 岁,平均年龄为(51.47±6.14)岁,其中车祸伤21例,意外伤8例,高空坠落伤10例,暴力9例;研究组:男性25例,女性23例,年龄在24~69岁,平均年龄为(51.23±6.16)岁,其中车祸伤 23例,意外伤 7例,高空坠落伤10例,暴力8例。两组患者基础资料对比,差异无统计学意义(P>0.05),可进行对比。

1.3 催化反应测试

甲苯的催化氧化反应在自制常压连续固定床反应器中进行,石英反应管内径为7 mm。将0.4 g催化剂和0.4 g石英砂混合均匀后装填在石英反应管中,反应管上端插入一根热电偶用于监测温度。甲苯蒸汽通过鼓泡法产生,甲苯的进口体积分数为0.1%;反应管尾端连接气相色谱仪(9790),用于检测尾气中的甲苯及其他有机副产物。考察不同温度下甲苯的催化活性,每一个温度下的反应时间为45 min。由于甲苯浓度很低,反应前后总体积可以认为没有变化。

MnOx-R和MnOx-S的X射线衍射图如图1所示。结果表明,MnOx-S为方铁锰矿Mn2O3(JCPDS PDF# 41-1442)和单斜晶系Mn5O8 (JCPDS PDF# 39-1218)的混合物,而MnOx-R为无定形MnO2(JCPDS PDF# 44-0992),说明制备方法对MnOx晶相结构的形成有重要影响,NaOH有助于氧化还原沉淀过程中MnO2的形成,而在柠檬酸条件下更适合Mn2O3和Mn5O8的形成[6]

η=(1-c/c)×100%

(1)

式中:η为甲苯转化率,%;cc分别为甲苯的出口和进口体积分数,%。

2 结果与讨论

2.1 晶相结构

催化剂的活性以甲苯的转化率表示,计算公式如下:

  

图1 MnOxX射线衍射图Fig.1 X-ray diffraction patterns of MnOx

2.2 孔结构和比表面积

低温N2吸附—脱附等温曲线表明,两种MnOx催化剂均具有典型的介孔结构[7]。孔结构和比表面积计算结果如表1所示。MnOx-R和MnOx-S的孔径分别为10~30、5~25 nm,比表面积分别为36、33 m2/g,孔容分别为0.13、0.10 cm3/g,均表现为MnOx-R大于MnOx-S。

规范建筑工程的施工材料检测流程就需要有专业的检测人员利用专业的检测手段去胜任这份工作。为了保证检测结果的无误首先就是要借助与精密的测量仪器,但是保证建筑工程施工材料的质量还是掌握在检测人员的手中而仪器只是辅助工具。作为一名合格的建筑工程原料检测人员首先就是要有职业道德素养,其次拥有专业的检测技能。具有较高职业道德素养的检测人员对于他负责的检测材料都会秉着认真负责的态度。专业技能过硬经验丰富的检测人员能够灵活的利用手中的测量仪器完成测量任务。

 

1 MnOx的孔结构和比表面积Table 1 Pore structure and specific area of MnOx

  

催化剂比表面积/(m2·g-1)孔容/(cm3·g-1)孔径/nmMnOx-R360.1310^30MnOx-S330.105^25

2.3 可还原性

图2为制备的MnOx催化剂的H2-TPR图。MnOx-R和MnOx-S催化剂均出现两个主还原峰。MnOx-R催化剂在低温区除1个主峰外还有2个肩峰,主峰温度为287 ℃,2个肩峰为160、220 ℃,高温区主峰温度为413 ℃。MnOx-S催化剂在低温区主峰温度为320 ℃,在220、270 ℃出现两个肩峰,在高温区主峰温度为420 ℃。由此可见,MnOx-R催化剂比MnOx-S催化剂的还原温度更低,有更好的可还原性能。

  

图2 MnOxH2-TPRFig.2 H2-TPR profiles of MnOx

2.4 活性氧物种

对制备的MnOx催化剂进行X射线光电子能谱分析,得到锰和氧的质量分数及表面吸附氧 (Oads)和表面晶格氧(Olatt)之比[8-14],结果见表1。由表1可见,MnOx-R和MnOx-S催化剂中氧质量分数远高于理论值(Mn2O3、Mn5O8和MnO2的理论值分别为30%、32%、37%),说明催化剂表面可能存在水、碳酸盐和其他含氧物质;MnOx-R催化剂的锰质量分数低于MnOx-S催化剂;MnOx-R催化剂比MnOx-S催化剂表现出更高的Oads/Olatt,分别是0.60、0.56。由此可见,MnOx-R催化剂的Oads更加丰富,氧化活性更高。

 

2 MnOxX射线光电子能谱分析结果Table 2 X-ray photoelectron spectroscopy analysis results of MnOx

  

催化剂元素质量分数/%锰氧Oads/OlattMnOx-R24760.60MnOx-S27730.56

2.5 催化活性

以石英棉代替催化剂作为空白实验,从图3中观察到,甲苯在空白实验中没有发生氧化分解,而MnOx-R、MnOx-S分别在温度超过175、190 ℃后使甲苯开始分解。MnOx-R在甲苯转化率为50%、90%时的温度分别是210、230 ℃,而MnOx-S分别为235、250 ℃,说明MnOx-R催化剂对甲苯的催化活性优于MnOx-S。

3 结 论

采用氧化还原沉淀法合成的MnOx-R催化剂与传统的溶胶凝胶法制备的MnOx-S催化剂相比,前者比表面积、孔容、孔径更大,表面吸附氧含量更高,具有更好的可还原性能。MnOx-S为方铁锰矿Mn2O3和单斜晶系Mn5O8的混合物,而MnOx-R为无定形MnO2。催化活性实验表明,MnOx催化剂具有催化氧化甲苯的能力,并且MnOx-R的催化活性优于MnOx-S。

  

图3 MnOx对甲苯的催化活性曲线Fig.3 Catalytic curves of MnOx on toluene oxidation

参考文献:

[1] LAHOUSSE C,BERNIER A,GRANGE P,et al.Evaluation of α-MnO2 as a VOC removal catalyst:comparison with a noble metal catalyst[J].Journal of Catalysis,1998,178(1):214-225.

[2] PIUMETTI M,FINO D,RUSSO N.Mesoporous manganese oxides prepared by solution combustion synthesis as catalysts for the total oxidation of VOCs[J].Applied Catalysis B:Environmental,2015,163:277-287.

[3] MARCO BALDI E F,FABIO M,GUIDO B.Catalytic combustion of C3 hydrocarbons and oxygenates over Mn3O4[J].Applied Catalysis B:Environmental,1998,16(1):43-51.

[4] KIM S C,SHIM W G.Catalytic combustion of VOCs over a series of manganese oxide catalysts[J].Applied Catalysis B:Environmental,2010,98(3/4):180-185.

[5] SHI F,WANG F,DAI H,et al.Rod-,flower-,and dumbbell-like MnO2:highly active catalysts for the combustion of toluene[J].Applied Catalysis A:General,2012,433/434:206-213.

[6] ANDREOLI S,DEORSOLA F A,GALLETTI C,et al.Nanostructured MnOx catalysts for low-temperature NOx SCR[J].Chemical Engineering Journal,2015,278:174-182.

[7] LEOFANTI G,PADOVAN M,TOZZOLA G,et al.Surface area and pore texture of catalysts[J].Catalysis Today,1998,41(1):207-219.

[8] FIERRO J L G,GONZALEZ TEJUCAL L.Non-stoichiometric surface behaviour of LaMO3 oxides as evidenced by XPS[J].Applied Surface Science,1987,27(4):453-457.

[9] NATILE M M,UGEL E,MACCATO C,et al.LaCoO3:effect of synthesis conditions on properties and reactivity[J].Applied Catalysis B:Environmental,2007,72(3/4):351-362.

[10] KALIAGUINE S,VAN NESTE A,SZABO V,et al.Perovskite-type oxides synthesized by reactive grinding:Part Ⅰ.preparation and characterization[J].Applied Catalysis A:General,2001,209(1/2):345-358.

[11] MA X,FENG X,GUO J,et al.Catalytic oxidation of 1,2-dichlorobenzene over Ca-doped FeOx hollow microspheres[J].Applied Catalysis B:Environmental,2014,147:666-676.

[12] VU V H,BELKOUCH J,OULD DRIS A,et al.Removal of hazardous chlorinated VOCs over Mn-Cu mixed oxide based catalyst[J].Journal of Hazardous Materials,2009,169(1/2/3):758-765.

[13] DAI Y,WANG X Y,DAI Q G,et al.Effect of Ce and La on the structure and activity of MnOx catalyst in catalytic combustion of chlorobenzene[J].Applied Catalysis B:Environmental,2012,111/112:141-149.

[14] LOPEZ FONSECA R,GUTIERREZ ORTIZ J I,GONZALEZ VELASCO J R.Catalytic combustion of chlorinated hydrocarbons over H-BETA and PdO/H-BETA zeolite catalysts[J].Applied Catalysis A:General,2004,271(1/2):39-46.

 
贾永芹,张晓晶
《环境污染与防治》 2018年第05期
《环境污染与防治》2018年第05期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息 粤ICP备2023046998号