催化氧化技术用于CVOCs去除的实验研究

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催化氧化技术是降解挥发性有机物(VOCs)行之有效的技术之一,特别适用于石化行业大风量、低浓度含氯挥发性有机物(CVOCs)的治理减排。本课题选用氯苯(CB)作为CVOCs模型分子,采用催化氧化技术来开展大气量低浓度CB降解性能的研究。实验中采用多种检测和表征手段,针对催化剂的催化氧化活性和产物生成两方面来研究对比。研究中采用浸渍法制备了Pd-M/Al2O3(M=Ce/La)系列粉体催化剂,主要研究了催化剂对低浓度CB催化氧化反应活性的影响,采用氮气吸脱附、SEM、H2-TPR和O2-TPD等手段对催化剂结构特征和化学性质进行表征和分析。针对焙烧温度、贵金属含量、助剂添加量对Pd/Al2O3催化剂催化氧化活性的影响进行了研究,并对不同工况条件(CB浓度、空速)下催化剂的催化氧化活性进行了考察。结果表明,所制备的1%Pd/Al2O3和0.75%Pd/Al2O3催化剂催化氧化CB活性最优,但考虑到贵金属价格昂贵,选择在活性差别不大的0.5%Pd/Al2O3催化剂基础上引入Ce,提高了催化剂的低温催化活性,且提高了Pd在催化剂表面的分散性。研究采用浸渍法制备了Pd/TiO2系列粉体催化剂,对其催化氧化活性探究及表征分析。研究发现,单贵金属Pd催化剂中,负载量为0.2%和0.3%时催化剂具有最优的催化氧化活性;之后选用在0.2%Pd/TiO2催化剂上引入稀土元素Ce,研究了Ce的负载量对催化剂催化CB性能的影响,得到了Pd-Ce/TiO2系列催化剂的最优配方,即0.2%Pd-0.5%Ce/TiO2催化剂。之后尝试制备了以TiO2为载体的不同过渡金属氧化物催化剂,并将其用于CB催化氧化活性研究,结果发现Fe/TiO2催化剂和Cu/TiO2催化剂具有较优的催化性能,以此深入探究了不同Fe负载量对Fe/TiO2催化剂的影响、不同Cu负载量对Cu/TiO2催化剂的影响,结果表明5%Fe/TiO2催化剂、5%-7%Cu/TiO2催化剂以及3%Fe-2%Cu/TiO2具有较优的催化性能。研究制备了贵金属系列整体催化剂,采用粉体催化剂催化氧化评价实验条件,考察了整体式催化剂的制备工艺,包括硅溶胶涂覆步骤与用量、涂层的涂覆方式、涂覆次数、不同涂覆焙烧工艺,通过对比不同工艺所表现的涂覆效果和催化氧化活性,来确定最优的整体催化剂制备工艺,并对比分析了整体催化剂CB活性与粉体催化剂CB活性,结果发现,0.5%Pd-2.5%Ce/Al2O3粉体催化剂T50在340℃左右,0.5%Pd-2.5%Ce/Al2O3/堇青石催化剂T50在410℃左右,提高了70℃。0.2%Pd-0.5%Ce/TiO2催化剂T50在270℃左右,而0.2%Pd-0.5%Ce/TiO2/堇青石催化剂T50在400℃左右。研究了不同体系催化剂的产物生成情况,主要包括Cl-的吸收及选择性的计算,COx(CO2、CO)的生成情况及选择性计算,结合不同类型催化剂的CB活性和产物分析,可初步了解不同类型催化剂催化氧化CB情况。研究发现,检测到的Cl-选择性都很低,只有不到20%,以TiO2为载体的催化剂的Cl-选择性要高于以Al2O3为载体的催化剂;另外,CO选择性都比较低,且表现出随着催化温度的升高,CO选择性先升高后降低的趋势,其中Fe/TiO2催化剂CO选择性明显更高,在350℃时最高达到了18%左右;在整个温度范围内,贵金属催化剂的CO2选择性明显最高,在400-450℃时COx选择性达到80%-90%,而过渡金属氧化物催化剂的COx选择性较低,基本才达到40%-60%,特别是Fe/TiO2催化剂在低温段催化效率高但CO2选择性最低,说明在低温段CB催化氧化反应进行的不完全。
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