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铜基与铁基钛柱撑海泡石催化性能的研究

姜玲燕

   海泡石属于2:1型的层状天然粘土,具有较高的阳离子交换性、吸附性能和比表面积,本身具有一定的催化活性,是优良的催化剂载体,但其应用受到低热稳定性和孔径分布的限制。本文通过钛柱撑及酸改性,增加中孔比率,改善孔径分布,提高热稳定性和酸性,使之更适合作为催化剂载体。并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热分析仪、红外光谱(IR)等手段对钛柱撑海泡石进行表征。 由XRD和SAXRD表征结果可知:酸改性海泡石d_(110)值由原矿的1.202nm减小为1.18nm,而钛柱撑海泡石经350℃煅烧后,d_(110)值仍保持在1.76nm,说明钛的氧化物柱撑进海泡石层间,面间距改变。由于酸能够破坏海泡石晶体的有序度,钛柱撑及酸改性海泡石的110面衍射峰都发生了弥散。由SEM表征可看出,酸性的柱撑液对粘土表面的溶蚀作用清除了矿物表面的杂质,疏通孔道。BET结果表明,酸改性后海泡石饱和吸附量明显增加,相应的比表面积由原矿的55.6 m2·g~(-1)增至127.5 m2·g~(-1),中孔比率显著增加,总孔容由0.261cm~3·g~(-1)增至0.525cm~3·g ~(-1)。钛柱撑的比表面积增至109.8 m2·g~(-1),总孔容增至0.305 cm~3·g ~(-1),其中39.77 nm - 33.38nm的中孔比率增加最多。酸改性和钛柱撑后的海泡石比表面积和孔容的显著增加有利于活性组分的吸附和分散。热重分析结果表明,钛柱撑海泡石提高了海泡石的热稳定性,且能吸附更多结晶水。IR结果表明,钛柱撑海泡石上存在Ti-O键,柱撑进海泡石层间的钛物种经煅烧生成TiO_2,增强了海泡石的热稳定性,并产生Lewis酸位,促进催化反应的进行。 以钛柱撑海泡石作为载体,采用离子交换法和浸渍法制得铜基和铁基钛柱撑海泡石催化剂,应用于NOx选择性催化还原和CO催化氧化。并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的表面形貌、活性组分、晶体结构进行了探讨。 将铜基钛柱撑海泡石催化剂用于选择性催化还原NOx,探讨了制备过程中Cu交换液浓度、Cu负载量、载体改性方法、柱撑温度和钠化中阴离子等因素对催化剂还原NOx的活性影响。发现Na2CO3钠化的催化剂活性优于NaNO3,阴离子参与到催化反应中,在高温下CO32-释放出活性物质O-或脱附后,该活性物质O-或脱附后留下的活性位将促进NOx催化还原反应。浸渍法制备的Cu最佳负载量应选定在7%左右;Cu交换液浓度应控制在0.02mol·L~(-1);钛柱撑改性优于酸改性;较适宜柱撑的温度为40℃;将铜基钛柱撑海泡石催化剂应用于CO催化氧化,铜负载量为5%对CO的活性最高;Cu交换液浓度为0.03mol·L~(-1)的催化剂对CO活性最佳;钛/海泡石比增大有利于CO的催化氧化。 将铁基钛柱撑海泡石催化剂用于催化还原NOx,浸渍法制备的铁基钛柱撑海泡石的Fe最佳负载量为5%; Fe交换液浓度为0.03mol·L~(-1)的催化剂活性最佳。将铁基钛柱撑海泡石用于CO的催化氧化,离子交换法制备催化剂活性明显好于浸渍法;铁离子浓度最高的0.07mol·L~(-1)的催化剂活性最佳;Fe最佳负载量为5%;钛柱撑海泡石的活性明显高于酸改性。比较铜基和铁基催化剂的活性可知,铜基钛柱撑催化剂对NOx的还原活性优于铁基催化剂。 本文对两种催化剂进行了XRD、SEM和XPS表征, XRD表征表明TiO_2的25.3°的衍射峰随钛/海泡石比的增加而趋于尖锐,说明随着钛/海泡石比的增加,柱撑进海泡石的TiO_2增加。由SEM表征可知,载体负载Cu前后的分散度变化不大,但仍有部分的海泡石发生了烧结。由能谱实验可以明显看出在钛柱撑的过程中,有部分TiO_2吸附在海泡石表面。XPS结果表明,Cu在海泡石表面以CuO和Cu_2O形式存在,Fe则以Fe_2O_3和Fe_3O_4存在。钛在铜基海泡石表面以TiO_2存在,在铁基海泡石表面则与铁形成了钛铁化合物共同发挥催化作用。……   
[关键词]:海泡石;钛柱撑;铜基;铁基
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:北京工业大学2007年
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