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含氯挥发性有机物(CVOCs)由于溶解性好、沸点低等特点,广泛应用于医药、制革、电子和农药等方面。但此类化合物对生物体有致畸性和致癌性,还会导致臭氧空洞和光化学烟雾等许多环境问题,因此对CVOCs的净化受到人们的广泛关注。催化燃烧技术效率高、反应温度低、无二次污染,是低浓度废气处理最为适用的方法之一,催化剂是催化燃烧技术的关键。本文以二氯甲烷(DCM)为考察对象,采用等体积浸渍法制备了H-ZSM-5负载单金属氧化物和复合金属氧化物催化剂,研究了此类催化剂对DCM的催化燃烧性能,考察了元素摩尔比、负载量、煅烧温度等工艺条件对催化剂性能的影响,采用XRD、BET、NH3-TPD、XPS等表征手段研究了催化剂结构与性能之间的关系。
H-ZSM-5负载锰、钒、铈和锆单金属氧化物催化剂中11wt.%MnOx/H-ZSM-5催化剂在200℃的反应温度下可使DCM转化率达60%,300℃时DCM几乎可全部转化,对CO2和HCl的选择性分别为36.6%和83.3%,仅有少量的副产物CH3Cl生成。
CeyZr1-yOx/H-ZSM-5系列催化剂中铈锆摩尔比为0.3∶0.7,煅烧温度为550℃的15wt.%Ce0.3Zr0.7Ox/H-ZSM-5催化剂在300℃的反应温度下可使DCM转化率达98.2%, HCl和CO2选择性分别为83.8%和22.6%。
CeyMnl-yOx/H-ZSM-5系列催化剂中铈锰摩尔比为0.5∶0.5,煅烧温度为400℃的15wt.%Ce0.5Mn0.5Ox/H-ZSM-5催化剂在300℃的反应温度下可使DCM转化率达99%,HCl和CO2的选择性分别为72.5%和92.6%,无副产物CH3Cl生成。但该催化剂反应15h后DCM转化率下降到90%。
CeyV1-yOx/H-ZSM-5系列催化剂中铈钒摩尔比例为0.7∶0.3,煅烧温度为400℃的15wt.%Ce0.7V0.3Ox/H-ZSM-5催化剂在300℃的反应温度下可使DCM转化率达99.6%,HCl和CO2的选择性分别为98.3%和21.2%,CH3Cl为1.7%,反应200h后,DCM转化率仍>95%。
通过BET、TPD、XRD、XPS等表征手段对催化剂分析表明,负载铈、锆、钒、锰金属氧化物不会改变载体H-ZSM-5的结构,适量的负载量可调节催化剂的酸性,从而提高催化燃烧活性及对CO2的选择性,减少副产物的生成。CeyV1-yOx/H-ZSM-5催化剂由于Ce与V的相互协同作用,促进了活性氧与晶格氧之间的迁移,Cl易从催化剂上脱附,使催化剂具有很高的稳定性。