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氯代挥发性有机物(CVOCs)主要分为氯苯类、氯乙烯类和氯代烷烃三类,氯苯类以一氯苯(CB)为代表,氯乙烯类以三氯乙烯(TCE)为代表,二氯甲烷(DCM)和二氯乙烷(DCE)是氯代烷烃类的典型代表。低浓度CVOCs采用破坏消除的方法净化,包括直接燃烧技术和催化燃烧技术,催化燃烧净化效率高、反应温度较低、毒害性中间产物少、处理费用低、无二次污染,催化剂是催化燃烧技术的核心。本文以二氯甲烷为考察对象,研究了负载型金属氧化物和复合型金属氧化物催化剂的制备条件、元素摩尔比、前驱体等工艺条件对催化剂结构的影响,考察了催化剂对二氯甲烷的催化燃烧性能。利用XRD、BET、H2-TPR、XPS等技术研究了催化剂结构与催化活性之间的关系,探讨了催化剂失活的原因。
以活性Al2O3为载体,用等体积浸渍法制备了负载型Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ce和Zr等单一和复合金属氧化物催化剂,考察了其对DCM催化燃烧性能的影响。结果表明,铈锆比为1:1的Ce0.05Zr0.0502/Al2O3催化剂低温起燃活性和催化燃烧活性最好,200℃时可使DCM转化率达到30%,395℃可使DCM完全转化。CeO2/Al2O3对CO2具有较好的选择性,为86%;ZrO2/Al2O3对HCl具有较好的选择性,为85%。
以共沉淀法制备了复合金属氧化物催化剂,考察了沉淀剂、前驱体、铈锆比、铈锆复合氧化物掺杂过渡金属等对催化剂织构的影响和对DCM催化燃烧性能。结果表明,以氨水为沉淀剂、硝酸铈铵为前驱体制备的Ce0.5Zr0.5O2催化剂活性和稳定性最好,350℃可使DCM转化率达到98%,连续反应100 h,DCM转化率维持在90%以上,对CO2选择性为62%,对HCl的选择性为71%。V掺杂的铈锆复合氧化物催化剂在V-Ce-Zr摩尔配比为0.05:0.7:0.3时活性最好,300℃的低温条件下就可使二氯甲烷完全燃烧,对HCl的选择性高达92%,且连续反应200 h,二氯甲烷转化率维持在98%以上。
通过BET、TPR、XRD和XPS等表征技术对催化剂进行了分析,结果表明:V的掺杂提高了催化剂的表面积、孔径和孔容,促进了气相表面氧及晶格氧的转化,提高了晶格氧的流动性,稳定了催化剂结构,促进了表面吸附Cl物种的脱除,使催化剂具有高催化活性和稳定性。