OMS-2负载Cu,Pd,Ag催化剂的制备及其催化氧化性质研究

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氧化锰八面体分子筛因其具有多个可变价态,大量敞开的层间、孔道结构和丰富的表面-OH基成为近代催化研究的热点。为进一步提高其催化氧化性能,本文拟将贵金属Pd、Ag和金属Cu负载于OMS-2上,通过一系列表征技术研究负载金属后催化剂在结构和催化性能方面的变化。  研究主要分为三部分:  1、通过前掺杂法和浸渍法将金属Cu负载于OMS-2上,使用XRD及N2吸附脱附表征技术,考察负载Cu后催化剂结构,比表面积的变化。通过以CO为分子探针,考察Cu/OMS-2的催化氧化性能。分析结果表明:OMS-2为典型的隧道结构,适量负载Cu使OMS-2载体分子筛的结构有所改善。两种制备方法中,前掺杂法能够使Cu离子掺杂进入OMS-2骨架的,可使电子沿着Cu-O-Mn键快速迁移和发生反应,其还原能力和催化活性均有了明显的提高,CO完全转化温度由230℃降低为135℃。前掺杂法制备的Cu/OMS-2催化性能优于浸渍法制备的Cu/OMS-2。xCu/OMS-2-PI催化剂中Cu的负载量明显影响催化活性,5Cu/OMS-2-PI催化剂具有最优的催化活性。  2、通过沉积沉淀法、前掺杂法、浸渍法将贵金属Pd负载于OMS-2上,使用XRD、SEM、H2-TPR、TG/DTG等表征手段研究制备方法、掺杂量、焙烧温度对催化剂形态、形貌和还原性能的影响。以CO和甲苯为分子探针,考察制备方法、掺杂量、焙烧温度对催化氧化性能的影响。实验结果表明:制备方法、掺杂量、焙烧温度均催化剂的形态、形貌、还原性和催化氧化性能产生影响。三种制备方法中,沉积沉淀法制备的Pd/OMS-2粒径最小,形貌最均匀,Pd呈高度分散状态,催化氧化性能最好。当掺杂量为0.5%时,Pd/OMS-2催化剂的活性最高,掺杂量继续增加金属离子易聚集成较大粒径的颗粒而降低催化活性,掺杂量较低时因不能为催化反应提供充足的活性位,催化活性改变不大。焙烧温度影响了Pd的形貌、尺寸和物种。高温焙烧使Pd纳米粒子形貌的改变,粒径增大,颗粒的聚集,金属相Pd逐渐氧化为PdO。对CO和甲苯的催化氧化催化性能,200℃焙烧后的Pd/OMS-2优于400℃焙烧后的Pd/OMS-2。  3、通过前掺杂法,离心法,旋转蒸发法、后掺杂法将贵金属Ag负载与OMS-2上,使用XRD表征分析其结构形态变化。以苯为分子探针,考察其催化氧化性能。分析结果表明:①Ag并未改变OMS-2的结构,Ag/OMS-2仍属于隐钾锰矿结构。②还原时间是沉积沉淀法中的关键因素,时间过短Ag+未被完全氧化,时间过长,形成的单质Ag会被进一步氧化为Ag的氧化物。本实验中,还原时间为5h时,催化剂中Ag单质的含量最高,催化氧化活性最好。③四种制备方法中,前掺杂法制备的Ag/OMS-2中银离子高度分散在OMS-2的孔道结构中,催化活性最高。后掺杂法中存在的单质Ag也使催化剂的活性有了明显的提高。前掺杂法和后掺杂法的催化活性随掺杂量的增加而增强。离心法和旋转蒸发法制备的Ag/OMS-2,因Ag物种仅负载与OMS-2的表面,经400℃高温焙烧后,聚集成大颗粒的银氧化物,催化活性增加不明显。当掺杂量超过3%后,随着掺杂量的增加,催化活性开始降低。  本论文较全面、系统的介绍了制备条件对催化剂结构及催化性能的影响及理论分析,通过优化合成条件,总结出同时满足高质量和高产量纳米多面体的合成方法,为其他负载金属催化剂的制备提供参考依据。
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