錳氧化物的界面合成及其催化氧化鄰二甲苯性能研究.pdf

1、苯、甲苯及二甲苯等苯系污染物對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境存在嚴(yán)重的危害,因此成為環(huán)境治理的對(duì)象之一。目前消除苯系污染物的最有效的方法之一是深度催化氧化。由于苯環(huán)穩(wěn)定性強(qiáng),活化比較困難,所以在其深度催化氧化中催化劑的選擇極其重要。在眾多的催化劑中錳氧化物由于其具有催化效果好及價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越受到研究者的重視。因此,采用合適的方法來(lái)制備高效的錳氧化物催化劑來(lái)消除苯系污染物是一個(gè)很有意義的研究課題。
　　 本論文以KMnO4和二價(jià)錳鹽為原料

2、,采用界面合成法制備了系列MnO2和Mn3O4等錳氧化物,考察了界面合成法中各種制備條件對(duì)MnO2和Mn3O4等錳氧化物催化劑組成、結(jié)構(gòu)和催化活性的影響。并運(yùn)用XRD(X射線衍射)、BET(比表面積測(cè)定儀)、FESEM(場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡)、FTIR(紅外光譜分析儀)、LRs(激光拉曼光譜分析儀)及TG／DTA(熱重分析儀)等技術(shù)對(duì)所得MnO2和Mn3O4等錳氧化物催化劑進(jìn)行了表征。具體內(nèi)容如下:
　　 1、以KMnO4和Mn(NO

3、3)2溶液為原料,KOH為pH值調(diào)節(jié)劑,采用CCl4／H2O界面合成法,通過(guò)改變制備方法、錳鹽、堿、陳化時(shí)間及焙燒溫度等條件,制備了系列MnOx催化劑,然后把它們用于鄰二甲苯的催化氧化,并以鄰二甲苯的分解率和二氧化碳的產(chǎn)率綜合評(píng)價(jià)了它們的活性。結(jié)果表明,CCl4／H2O界面法制備的MnOx催化劑在錳鹽為Mn(NO3)2,堿為KOH(pH值約為8),陳化48 h,400℃焙燒后的MnOx[N-K-48-400]催化劑具有最好的催化活性。1

4、90℃時(shí)可使0.06 vol％的鄰二甲苯完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。XRD、BET及SEM測(cè)試結(jié)果顯示,MnOx[N—K-48-400]為微晶態(tài)α-MnO2納米顆粒,其比表面積為28.962 m2·g-1。
　　 2、以KMnO4和MnCl2溶液為原料,分別采用CCl4／H2O和石油醚／H2O為介質(zhì)的界面合成法和以H2O和異丙醇／H2O為介質(zhì)的非界面合成法制備了系列MnOx?？疾炝擞袡C(jī)溶劑用量(如CCl4、石油醚、異丙醇)、反應(yīng)物濃

5、度及反應(yīng)物摩爾比對(duì)產(chǎn)物MnOx組成和結(jié)構(gòu)的影響。XRD、BET及SEM測(cè)試結(jié)果顯示,有機(jī)溶劑用量為160 mL、反應(yīng)物濃度為C(C表示為0.25 mol／L的KMnO4溶液與0.5 mol／L的MnCl2溶液)及反應(yīng)物摩爾比為1:1.5時(shí),在以CCl4／H2O和石油醚／H2O為介質(zhì)的界面合成法中,分別得到了網(wǎng)球狀和實(shí)球狀Mn3O4,它們的比表面積分別為90.018 m2·g-1和61.489 m2·g-1；在以異丙醇／H2O為介質(zhì)的非界

6、面合成法中,得到了刺猬狀γ-MnO2,其比表面積為276.827 m2·g-1；而在以H2O為介質(zhì)的非界面合成法中,反應(yīng)物濃度為C及反應(yīng)物摩爾比為1:1.5時(shí),得到了網(wǎng)球狀α-MnO2,其比表面積為157.315 m2·g-1。
　　 將上述有機(jī)溶劑用量為160 mL、反應(yīng)物濃度為C及反應(yīng)物摩爾比為1:1.5時(shí)采用CCl4／H2O和石油醚／H2O為介質(zhì)的界面合成法合成的比表面積較大的Mn3O4用于催化氧化鄰二甲苯,并與采用單獨(dú)H

7、2O介質(zhì)的非界面合成法制備的Mn3O4的活性進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),采用CCl4／H2O介質(zhì)的界面合成法中制備的Mn3O4具有較好的催化活性,在240℃時(shí)可使0.06 vol％的鄰二甲苯完全分解為二氧化碳和水。
　　 3、以KMnO4和MnCl2溶液為原料,采用CCl4-石油醚／H2O界面法,通過(guò)改變反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度及反應(yīng)物摩爾比,制備了系列MnOx。XRD、BET及SEM測(cè)試結(jié)果顯示,反應(yīng)物濃度為C、反應(yīng)溫度為25℃及反應(yīng)物摩

8、爾比為1:1.5時(shí),得到的MnOx為介孔網(wǎng)球狀微晶態(tài)的MnO2和Mn3O4的混合物,其比表面積為313.782 m2·g-1；在采用CCl4-石油醚／H2O界面法,反應(yīng)物濃度為C、反應(yīng)溫度為25℃及反應(yīng)物摩爾比為1:1.5的反應(yīng)條件下添加KOH調(diào)節(jié)pH值,考察了pH值、反應(yīng)物濃度及焙燒溫度對(duì)催化劑MnOx結(jié)構(gòu)和活性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,pH值為8,反應(yīng)物濃度為:0.5 mol／L KMnO4、8 mol／L KOH和1 mol／L Mn