Pd基催化剂低温催化氧化苯系物研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄韶勇 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 贺泓 |
| 关键词 | 催化氧化 苯系物 Pd催化剂 机理 活性物种 原位吸附-催化 catalytic oxidation BTX Pd catalyst mechanism active species in situ adsorption-catalysis |
| 其他题名 | Catalytic Oxidation of Benzene Series over Supported Pd Catalyst at Low Temperature |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 苯系物(苯、甲苯、二甲苯等)是室内外空气中主要的挥发性有机污染物(VOCs) 之一，它对大气环境和人体健康有着严重危害，因此有效去除空气中的苯系物刻 不容缓。研究发现，贵金属Pd催化剂具有非常好的催化氧化VOCs性能。目前， 对于Pd 催化剂催化氧化去除苯系物已有一定的研究，但以二甲苯为去除对象的 研究相对较少，而且对活性组分Pd 在催化氧化苯系物过程中的存在形式尚有争 议，对催化氧化机理的研究也还存在不明确之处。 针对上述问题，本论文对γ-Al2O3和活性炭(AC)负载的Pd 基催化剂催化氧 化邻二甲苯的性能进行了研究。利用比表面积(BET，Brunauer-Emmett-Teller)、 透射电子显微镜(TEM，Transmission electron microscopy)、X 射线衍射(XRD， X-ray diffraction)、X射线光电子能谱(XPS，X-ray photoelectron spectroscopy)等 表征手段，深入探讨了Pd基催化剂在催化氧化邻二甲苯过程中活性物种Pd的存 在状态及其稳定性；同时使用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS ， Gas chromatography-mass spectrometry)、原位漫反射红外光谱仪(In situ DRIFTS， in-situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy)和邻二甲苯程序 升温氧化(TPO，Temperature programmed oxidation)等手段确定了邻二甲苯在 Pd/Al2O3上的催化氧化反应机理；并以Pd/AC 催化剂为研究对象，开发了邻二甲 苯在该催化剂上的原位吸附-催化一体化去除技术。主要的研究结果和结论如下： (1) 发现浸渍法制备的γ-Al2O3负载的贵金属催化剂(Pd、Pt、Au、Rh和Ag) 中，Pd催化剂表现出了最高的邻二甲苯去除效率。使用1% Pd/Al2O3催化剂在反 应空速为10,000 h-1，反应温度为110 ˚C时即可将100 ppm邻二甲苯完全去除， 且发现邻二甲苯的转化率随Pd负载量的增加而增加。 (2) 确定了金属态Pd 物种是催化氧化邻二甲苯的低温活性物种。XPS 和 XRD表征结果表明，PdO为新鲜制备Pd/Al2O3催化剂中Pd物种的存在形式，而 金属Pd 则为催化剂经H2还原后的表面物种的主要存在形式。金属Pd 有较高的 催化氧化邻二甲苯活性，但会随反应温度的升高而被逐渐氧化，导致邻二甲苯转 化率的下降。而在170 ˚C的反应温度下，表面金属Pd能够以一定比例稳定存在， 因此可维持稳定的邻二甲苯转化率。(3) 提出了邻二甲苯在Pd/Al2O3催化剂上的催化氧化机理。邻二甲苯的催化 氧化过程遵循以下两个途径：在途径(I)中，表面吸附的2-甲基苯甲醛、邻羟甲基 苯甲酸内酯、邻苯二甲酸盐、马来酸盐物种以及小分子的表面羧酸盐物种(C ≤ 2) 为反应过程的中间体。这一过程已经证明主要发生于Al2O3的载体表面。在途径 (II)中，吸附的邻二甲苯分子被直接氧化分解为CO2和H2O，这一过程则主要发 生在金属Pd上。 (4) 发现使用AC作为载体有助于保持Pd表面物种的还原状态。使用乙醇作 为溶剂时，采用等体积浸渍法制备的Pd/AC 催化剂有较高的邻二甲苯转化率。 乙醇作为溶剂，一方面可以将Pd2+物种原位还原为活性的金属Pd，从而简化催 化剂的制备和活化过程；另一方面，有助于提高金属Pd 在具有疏水性质的活性 炭载体上的分散度。在邻二甲苯的催化氧化过程中，Pd/AC 催化剂表现出了与 Pd/Al2O3催化剂上相似的催化氧化反应机理。 (5) 开发了一种基于Pd/AC 吸附催化性能的原位吸附-催化一体化去除邻二 甲苯技术。此技术将传统去除低浓度VOCs的方法“吸附-脱附-氧化”简化为“吸附 -原位氧化”过程。催化剂在室温条件下对低浓度的邻二甲苯进行富集，然后通过 升温直接将吸附在活性炭载体上的邻二甲苯完全氧化为CO2 和H2O，邻二甲苯 去除率可达99%以上。研究还发现活性炭载体的微孔结构大大增加了邻二甲苯在 活性炭载体上的吸附量，而载体的介孔结构则对吸附和催化之间的协同去除邻二 甲苯有很大的促进作用。 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-05-28 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/234]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_大气环境科学实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄韶勇. Pd基催化剂低温催化氧化苯系物研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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