四方體形貌的α-MnO2的制備及對(duì)鄰二甲苯催化氧化的性能研究.pdf

1、大氣環(huán)境引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，而治理大氣污染首要治理VOCs(VolatileOrganic Compounds揮發(fā)性有機(jī)污染物)。利用催化燃燒法將VOCs深度氧化為二氧化碳和水，是治理VOCs污染的有效方法。而催化燃燒法的關(guān)鍵在于研究制備高效催化氧化性能的催化劑。
　　本論文利用高錳酸鉀和不同醇在室溫下反應(yīng)，制備出不同形貌的α-MnO2催化劑。這些催化劑用于對(duì)目標(biāo)污染物鄰二甲苯催化氧化性能探究。研究了具有高催化性能的四方體形

2、貌α-MnO2催化劑的形成的原因。并利用XRD(X射線衍射)、BET(比表面積測(cè)定)、H2-TPR(程序升溫還原)、SEM-EDX(掃描電鏡-X射線能譜分析)、IR(紅外光譜儀)等表征手段對(duì)MnO2催化劑進(jìn)行了分析。具體內(nèi)容如下:
　　(1)以高錳酸鉀與一系列醇（乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇、正辛醇、異丙醇、異丁醇、仲丁醇、異戊醇、苯甲醇、環(huán)己醇）在室溫下反應(yīng)，通過(guò)適宜的焙燒溫度，均得到α-MnO2催化劑。上述系列醇對(duì)應(yīng)的催化劑分

3、別表示為:Y-MnO2-400℃、B-MnO2-400℃、D-MnO2-400℃、W-MnO2-400℃、X-MnO2-400℃、YB-MnO2-400℃、YD-MnO2-450℃、ZD-MnO2-400℃、YW-MnO2-450℃、BJ-MnO2-400℃、HJ-MnO2-450℃。SEM表征結(jié)果顯示，α-MnO2形貌分為納米顆粒、納米棒、四方體、納米絲四類。催化劑Y-MnO2-400℃、B-MnO2-400℃和YB-MnO2-400

4、℃形貌為納米顆粒;催化劑YD-MnO2-450℃、ZD-MnO2-400℃和YW-MnO2-450℃形貌為納米棒;而催化劑D-MnO2-400℃和W-MnO2-400℃形貌是混合狀態(tài)，含有一些納米棒和納米顆粒;催化劑BJ-MnO2-400℃和X-MnO2-400℃形貌為四方體，不同的是BJ-MnO2-400℃四方體大小均一，X-MnO2-400℃四方體團(tuán)聚成球;催化劑HJ-MnO2-450℃形貌為納米絲。
　　通過(guò)H2-TPR得出

5、不同形貌的α-MnO2催化劑的還原能力依次遞增:納米絲-MnO2＜納米棒-MnO2＜納米顆粒-MnO2＜四方體形貌-MnO2。催化活性測(cè)試結(jié)果表明，四方體形貌的催化劑BJ-MnO2-400℃在180℃時(shí)將鄰二甲苯完全催化氧化為二氧化碳和水，且低溫下也有良好的催化性能。不同形貌結(jié)構(gòu)的α-MnO2催化劑氧化鄰二甲苯性能活性與還原能力一致。
　　(2)針對(duì)四方體形貌催化劑α-MnO2具有良好的催化氧化性能，尤其是催化劑BJ-MnO2-4

6、00℃對(duì)鄰二甲苯催化氧化性能最佳。故在高錳酸鉀/苯甲醇體系中，改變實(shí)驗(yàn)條件探究了四方體形貌形成的原因:1.最佳的反應(yīng)摩爾比，高錳酸鉀與苯甲醇摩爾比為1∶1時(shí)，制備的α-MnO2催化劑為四方體形貌，苯甲醇過(guò)量（理論反應(yīng)摩爾比4∶3），能夠保證模板劑足量，起到模板的作用。2.合適的反應(yīng)溫度，在室溫或冰水浴的條件下，有利于形成四方體結(jié)構(gòu)。3.適宜的焙燒溫度，制各催化劑的焙燒溫度為400℃時(shí)，能形成四方體形貌的α-MnO2。
　　(3)初

7、步探究α-MnO2催化劑形成四方體形貌的模板劑。在高錳酸鉀/正丁醇體系中，改變了反應(yīng)摩爾比，提高焙燒溫度，實(shí)現(xiàn)了系列催化劑的形貌從納米棒轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆襟w。說(shuō)明正丁醇不是模板劑，而正丁酸根能夠起到形成四方體形貌的模板劑。而高錳酸鉀/仲丁醇體系，改變實(shí)驗(yàn)條件后，系列催化劑形貌仍為納米棒，再次說(shuō)明醇自身不是模板劑，若氧化產(chǎn)物沒有有機(jī)羧酸根便起不到模板劑的作用。然后，在KMnO4-仲丁醇體系中，摻雜適量的苯甲酸鉀，觀察到催化劑的形貌變?yōu)轭愃扑姆襟w團(tuán)