论文部分内容阅读
挥发性有机污染物（VOCs）的治理一直是环保领域的重要课题,在众多VOCs的治理技术中,催化燃烧技术的处理效果较突出。催化燃烧技术的核心是高效催化剂的研究,尖晶石等复合金属氧化物具有低成本、抗毒性强的优点,是催化燃烧领域的研究热点。本文通过溶胶凝胶-自蔓延燃烧法制备了Fe基尖晶石催化剂,以甲苯为VOCs模拟气,并通过TG-DTA、FT-IR、XRD、N2等温吸附-脱附、TEM、SEM、H2-TPR、XPS等现代表征技术对催化剂进行分析,探索A位元素、焙烧温度和Ce掺杂比例对Fe基尖晶石催化剂及其甲苯催化燃烧活性的影响。主要研究结论如下:AFe2O4催化剂均出现了片状尖晶石结晶,且呈以介孔为主的多级孔结构。A位元素不同,催化剂的催化燃烧活性差异较大,其中CuFe2O4的催化燃烧活性最好,当甲苯浓度为300±50mg·m-3,空速为6000h-1时,T50和T90分别为188℃和239℃。CuFe2O4催化剂形成了特有的反式尖晶石晶型,其晶格体积仅为294.02?3,独特的反式尖晶石晶体结构和小的晶格体积大大提高了其催化燃烧活性。同时在体系中有CuO和α-Fe2O3晶体存在,其与尖晶石结构之间的协同作用,大大增加了催化剂表面活性位,促进了氧空位和活性位点的生成,其中Oele/O1s为35.76%。前驱体形成的柠檬酸络合物干凝胶中,金属离子取代柠檬酸中-COOH中的H+,保证了自蔓延燃烧时金属粒子之间相互结合形成尖晶石晶型。CuFe2O4前驱体干凝胶在200-230℃时发生自蔓延燃烧,产生了正式CuFe2O4尖晶石晶型。经不同温度焙烧,发生晶体的Jahn-Teller效应,形成更稳定的片状反式Fe[CuFe]O4尖晶石晶型;其中500℃焙烧时,CuFe2O4催化燃烧活性最好,尖晶石的晶格尺寸为32.9nm,表面积为10.4cm2·g-1;继续升高焙烧温度,比表面积减小到7.2cm2·g-1,使催化剂的表面活性位减少。在CuFe2O4催化剂中适量的掺杂Ce,可以提高催化剂的催化燃烧活性。其中Cu0.8Ce0.2Fe2O4催化剂体系中,有片状的反式CuFe2O4尖晶石结构存在,晶格尺寸为24.4nm。同时Cu和Fe进入CeO2晶体,形成Cu-Fe-Ce固溶体,增加催化剂的储氧量,使催化剂中Cu和Fe更容易被还原。此时Ce3+/Ce4+为31.09%,Ce3+可以为催化剂提供更多氧空位,Oele/O1s升高到52.38%,从而大大提高了催化剂的催化燃烧活性。当甲苯浓度为300±50mg·m-3,空速为6000h-1时,T50和T90分别为180℃和215℃。