贵金属催化剂的制备及其对VOCs催化性能的研究(5)

北京化工大学硕士学位论文或Ｃ．Ｈ等），使Ｃ、Ｈ分解被活性粒子氧化产生Ｃ０２和Ｈ２０。２００４年，朱明【２４】考察了脉冲电晕法中有机物的初始浓度、输入电压、脉冲峰值电压等因素对去除ＶＯＣｓ的影响；２００７年，林鑫海口５１采用电晕放电等离子体与吸收法联用技术对苯系物中的苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯，含氧有机物中的甲醛、甲醇、丙酮、乙酸乙酯的去除情况进行了研究。１．４．８光催化法利用光催化剂的光催化性，对吸附在催化剂表面的挥发性有机污染物进行氧化的方法，称为光催化法。此方法是一种常温深度反应。在ＶＯＣｓ治理方面，尽管可以将其转化为无毒无害的产物，但仍有的缺点是反应速率慢、光子效率低。２００７年，Ｚｈａｎｇ等人【２６】研究了多组分挥发性有机物的光催化技术，提出只有苯或者甲苯时降解行为符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｈｉｎｓｈｅｌｗｏｏｄ动力学模型，在甲苯和苯混合后，降解行为也符合竞争吸附Ｌ．Ｈ速率方程，并且较活泼的甲苯对苯的影响大；２０１１年，Ｋｏｒｏｌｏｇｏｓ等人【２７Ｊ在气固非均匀光催化苯、甲苯、乙苯和问二甲苯中水对光催化性能的影响，并在２０１２年，考察了Ｐ２５、Ｐ２５／Ｐｔ、Ｐ２５／Ｆｅ和Ｐ２５／Ｃｅ对ＶＯＣｓ的光催化性能【２８ｊ，实验结果表明：铈的加入促进了苯和乙苯的光催化氧化。１．４．９等离子体法等离子体技术是近年来发展起来的一种新型的低浓度ＶＯＣｓ治理技术。其原理是利用等离子体内部产生极高化学活性的粒子（电子、离子、自由基和激发态分子等）与废气中各组分发生反应，最终将有害物转化为无害物Ｃ０２和Ｈ２０等物质。此技术适用于其他方法难以处理的多组分恶臭气体的净化，具有良好的效果，并且在化工、医药等行业中得到了应用。２００７年，Ｈａｒｌｍｇ等人【２９】在非加热、常压下，利用填充式等离子体反应器研究空气中甲苯和苯的等离子体—催化去除效果，等离子体催化表现出更加比单纯的催化表现出更加优越的性能；２０１０年，Ａｌｍａｓｉａｎ等人【３０］提出一种新型等离子体辅助催化发光气筒来提高催化发光反应的效率。１．４．１０多种处理技术的比较表１．５列举了十种有机废气处理技术的污染物浓度、去除效率、操作温度和优缺第一章前沿点。在ＶＯＣｓ污染治理中，冷凝法适合高浓度的有机物回收，属于资源节约型；吸收和吸附技术也属于资源节约较为成熟的技术，但吸收液和吸附剂处理污染物的容量有限，尚未完善回收再利用，这些限制了它们的应用；仍在实验室研究阶段的等离子体技术，需一步研究在实况下的应用；生物处理技术的优势在于较少的能源消耗、低成本，不易产生二次污染等。可以处理多种类、低浓度有机废气，成为一种有应用前景的技术。跟其他技术相比较，催化氧化技术就体现出很多优势，不仅可以处理高、低浓度的ＶＯＣｓ污染，而且降低了操作温度，成本较小，可以使ＶＯＣｓ较彻底净化，是一种可广泛应用且较经济的处理技术。表ｌ＿５有机废气处理技术的比较Ｔａｂｌｅ１－５ＴｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅＶＯＣｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ１．５催化氧化法在众多的去除ＶＯＣｓ（苯、甲苯和二甲苯等）的方法中，催化氧化被认为是一种最为有潜力的去除技术ｐＩ，３２］。此种方法对低浓度的ＶＯＣｓ可以从更多样和经济的角度９北京化工大学硕士学位论文出发１３３Ｊ；在合适的温度去除ＶＯＣｓ，没有有机无产物的出现，如二嗯英和ＮＯｘ［３４】；高的去除率，低能源消耗，高灵活性【３５】。因此，许多种类的催化剂被研究，其中过渡金属氧化物【３６。３８】和贵金属（Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ等）［３９，４０１催化剂最为常见。从催化剂活性来说，根据贵金属的电子结构，了解到ｄ电子轨道未填满，颗粒表面易吸附反应物，且强度适中，有利于形成中间“活性化合物”，具有较高的催化活性；从催化剂选择性和稳定性来说，尽管贵金属贵且稀有，但它具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等特性，贵金属催化剂的应用更为广泛，其中更适合于不含硫和氯的ＶＯＣｓ［４１，４２］。通常，按照贵金属催化剂组成和结构可划分为均相催化剂和多相催化剂。其中，在催化反应中，８０％－９０％是多相催化反应。而绝大多数多相催化剂为贵金属负载型催化剂，如Ｐｔ．Ｔｉ｜Ｄ２、Ｐｄ．Ｓｉ０２、Ｐｔ．Ａ１２０３等。对于此类催化剂，研究者主要通过改变催化剂载体和贵金属的化学结构性质来完善催化性能，因此，贵金属负载型催化剂的制备方法、载体的选择、颗粒尺寸以及催化剂活性中心结构等显得尤为重要。１．６贵金属负载型金属催化剂的制备方法１．６．１沉积沉淀法沉积沉淀法（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ－ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ＤＰ）制备贵金属负载型催化剂的过程是：（１）浸渍：金属氧化物载体浸渍在含有活性组分的溶液中一段时间：（２）沉积：加入沉淀剂使之沉积在载体表面上；（３）过滤、洗涤、干燥、焙烧等处理。对于此类催化剂的制备，贵金属浸渍液多采用氯化物的盐酸溶液（氯铂酸、氯钯酸、氯金酸等），按照浸渍、沉积、过滤、洗涤、干燥、焙烧等处理后，使贵金属氯化物最终转化为贵金属氢氧化物沉淀在载体的表面和内孔上。其中，常见有还原沉积沉淀法，即溶剂化的金属离子（Ｓｏｌｖａｔｅｄｍｅｔａｌｉｏｎｓ）被还原试剂（如甲醛、硼氢化钠、柠檬酸钠等）还原为金属，从而沉积在载体之上，也称为化学镀法（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓｐｌａｔｉｎｇ）。２０００年，Ｍａｔｓｕｍｕｒａ等人ｍＪ发现沉淀沉积法制备的Ｐｄ／Ｃｅ０２催化剂比浸渍法具有更高的活性，并提出贵金属与载体之间存在强相互作用；２００７年，Ｃｈｙｔｉｌ等人烨ｊ采用Ｐｔ（ＮＨ３）４（０Ｈ）２做前驱体，利用沉淀沉淀法制备出比先前文献报道的２．４ｎｎｌ更大一点４－６ｎｒｌｌ的Ｐｔ纳米颗粒，２００９年，他们ｍＪ又采用沉淀沉积法，利用介孔ＳＢＡ．１５材料作载体，制各了Ｐｔ／ＳＢＡ．１５催化剂，表征发现有无定型硅出现，可能是由于水热处理所造成的结果；２０１０年，Ｙａｚｉｄ等人【４６Ｊ在不同的ｐＨ值采用沉淀沉积法制各Ａｕ／ＺｎＯ催化剂，考察ｐＨ值对贵金属负载量、颗粒大小和颗粒在载体上分布的影响。此方法可能存在的问题：较难控制沉淀的位置，重复性不好；成核过程更易于在溶液中发生，而不是发生在载体上；生成的金属颗粒较大，均匀性不好。第一章前沿１．６．２浸溃法浸渍法（Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ＩＭＰ）制备催化剂主要包括以下几个过程：（１）对载体预处理（如酸处理），配置所需浸渍液；（２）浸渍，平衡后除去过量液体；（３）最后，干燥、焙烧和活化等；浸渍法又分五类：（１）等体积浸渍法（初始浸渍法）所配制的浸渍溶液体积等于载体孔体积时的浸渍，多适合于多孔性微球或者小颗粒载体的情况，不适合无孔载体或蛋壳型催化剂，可以在一个设备内操作，设备少，投资低，可以连续操作，产品稳定性好，并且污染小，劳动强度低。（２）过量浸渍法浸渍溶液体积远大于载体孔体积，通过搅拌干燥将剩余的液体蒸发的制备方法；此法用已成型的大颗粒载体作负载型催化剂，适合于大规则生产。（３）多次浸渍法一种反复多次进行浸渍、干燥、焙烧处理的过程；此方法活性化合物溶液溶解度较低，吸附能力不强，需吸附多组分且各组分吸附能力相差较多，生产成本高，产品质量不容易保证。（４）沉淀浸渍法将能再４０ｏＣ．１２０ｏＣ分解且造成ｐＨ变化的试剂与浸渍液混合后再浸渍载体，通过温度升高使试剂分解，改变空中溶液的ｐＨ，使组分沉淀在载体表面上的制备方法。（５）蒸汽浸渍法蒸汽浸渍法是一利用浸渍化合物的挥发性以蒸汽相的形式负载于载体上的制备过程。蒸汽浸渍法适用于制备稀有贵金属、活性组分含量较低以及需要高机械强度的催化剂。还适合于活性物质可以蒸发的催化剂，尽管再生容易，但是活性组分容易流失。２０１１年，Ｐａｔｔａｍａｋｏｍｓａｎ等人［４７１考察了浸渍法制备Ｐｄ／Ａ１２０３催化剂过程中浸渍液和还原温度对催化性能的影响，结果表明Ｐｄ的颗粒大小和Ｐｄ在Ａ１２０３分散度影响催化剂活性和选择性；２０１３年，Ａｂｏｕｋａｉｓ等人【４８】比较了浸渍法和沉淀沉积法制备的Ａｕ／Ｃｅ０２对丙烯、甲苯和ＣＯ等物质的催化氧化能力，沉淀沉积法制备的催化剂有丰富的Ａｕ纳米颗粒和Ａｕ＋，少量的ＣＩ。，使得其表现的催化性能更好；２０１３年，Ｒａｈｓｅｐａｒ等人【４９】利用微波辅助浸渍法制备Ｐｔ负载于多壁碳纳米管，Ｐｔ平均尺寸为３．９ｎｌｎ，此催化剂具有良好的电催化活性；２０１３年，Ｚａｎｇｅｎｅｈ等人１５０］利用共浸渍法（Ｃｏ．ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ）研究溶剂（乙醇、丙酮和水）对Ｐｔ．Ｓｎ／ｔｈｅｔａ－Ａ１２０３催化剂北京化工大学硕士学位论文的影响。浸渍法的优点：利用现在已经成型的不同形状尺寸的催化剂载体，省略了成型步骤；现已有很多物理结构清楚的载体种类，可按照需要选择具有合适比表面积、孔径、强度、导热率性能的载体，如氧化铝、氧化硅、活性炭、符石、活性白土等；可使被负载组分分布在载体表面，获得高的利用率，降低成本；较简单易行的生产方式，且生产能力高。缺点在于焙烧时产生的废气会引起环境污染，干燥的时候会导致活性组分迁移。１．６．３离子交换法载体表面上存在可以交换的离子，将活性组分与其进行交换，使活性组分负载在载体上，随后经过洗涤、干燥和焙烧等过程的处理制得的催化剂，此方法叫做离子交换法（Ｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｔｈｏｄ）。２００１年，Ｗａｎｇ等人【５１】采用离子交换法制备Ｖ－ＭＣＭ．４１催化剂，把Ｖ引入到ＭＣＭ．４１中，在丙烷氧化脱氢反应中体现较高的催化活性；２００６年，Ｍｈａｍｄｉ等人【５２Ｊ讨论了Ｃｏ．ＺＳＭ．５催化剂的物化性质和催化性质，并考察了离子交换法和Ｃｏ负载量对其的影响；２０１２年，Ｚｈｕ等人【５３１利用修饰过的离子交换法制备Ｐｔ－Ｎａｆｉｏｎ／Ｃ催化剂，提高了Ｐｔ在电极上的利用率。离子交换法的主要特点：催化剂活性组分分散性好，催化活性高，特别适用于制各两类催化剂，一类是低含量、高利用率的贵金属催化剂，另一类是酸碱催化剂。１．６．４化学气相沉积法在气态条件下，反应物质发生化学反应，在加热的固态基体表面被沉积反应生成的固态物质，制得固体材料的过程，此种方法称为化学气相沉积法（Ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＣＶＤ）。化学研究者将气相沉积法引进到催化剂的制备中，成为一种负载活性组分的手段，利用活性组分（或者活性组分的前驱体）以气相形式与载体接触、反应并沉积的特点，寻求更均匀地负载活性组分及“修饰”催化剂的目的。２０００年，Ｄｉｎｇ等１５４ｌ利用ＣＶＤ方法合成了含Ｓｉ的新型Ｔｉ０２光催化剂，使其变成更大颗粒的载体，增加了光催化剂Ｔｉ０２的回收率；２００５年，Ｓｕ等人【５５Ｊ利用ＣＶＤ为直接甲醇燃料电池制备了Ｐｔ负载的介孑Ｌ石墨烯等催化剂材料，可在室温下直接转化甲醇，介孔碳上负载Ｐｔ催化剂催化活性高于商业上的Ｐｔ／Ｅ．ＴＥＫ；２０１３年，Ａｄｉｊａｎｔｏ等人【５６】利用ＣＶＤ把单层的Ｐｄ＠Ｃｅ０２核壳纳米结构嫁接到ＹＳＺ上，相较于Ｐｄ＠Ｃｅ０２，使其表现出很好地稳定性。２０１４年，Ｆｕｒｕｋａｗａ等人【５７】利用浸渍法和化学气相沉积法

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