錳氧化物的界面合成及其催化氧化鄰二甲苯性能研究.pdf

1、苯、甲苯及二甲苯等苯系污染物對人類健康和生態(tài)環(huán)境存在嚴重的危害,因此成為環(huán)境治理的對象之一。目前消除苯系污染物的最有效的方法之一是深度催化氧化。由于苯環(huán)穩(wěn)定性強,活化比較困難,所以在其深度催化氧化中催化劑的選擇極其重要。在眾多的催化劑中錳氧化物由于其具有催化效果好及價廉等優(yōu)點,越來越受到研究者的重視。因此,采用合適的方法來制備高效的錳氧化物催化劑來消除苯系污染物是一個很有意義的研究課題。
　　 本論文以KMnO4和二價錳鹽為原料

2、,采用界面合成法制備了系列MnO2和Mn3O4等錳氧化物,考察了界面合成法中各種制備條件對MnO2和Mn3O4等錳氧化物催化劑組成、結(jié)構(gòu)和催化活性的影響。并運用XRD(X射線衍射)、BET(比表面積測定儀)、FESEM(場發(fā)射掃描電鏡)、FTIR(紅外光譜分析儀)、LRs(激光拉曼光譜分析儀)及TG／DTA(熱重分析儀)等技術對所得MnO2和Mn3O4等錳氧化物催化劑進行了表征。具體內(nèi)容如下:
　　 1、以KMnO4和Mn(NO

3、3)2溶液為原料,KOH為pH值調(diào)節(jié)劑,采用CCl4／H2O界面合成法,通過改變制備方法、錳鹽、堿、陳化時間及焙燒溫度等條件,制備了系列MnOx催化劑,然后把它們用于鄰二甲苯的催化氧化,并以鄰二甲苯的分解率和二氧化碳的產(chǎn)率綜合評價了它們的活性。結(jié)果表明,CCl4／H2O界面法制備的MnOx催化劑在錳鹽為Mn(NO3)2,堿為KOH(pH值約為8),陳化48 h,400℃焙燒后的MnOx[N-K-48-400]催化劑具有最好的催化活性。1

4、90℃時可使0.06 vol％的鄰二甲苯完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。XRD、BET及SEM測試結(jié)果顯示,MnOx[N—K-48-400]為微晶態(tài)α-MnO2納米顆粒,其比表面積為28.962 m2·g-1。
　　 2、以KMnO4和MnCl2溶液為原料,分別采用CCl4／H2O和石油醚／H2O為介質(zhì)的界面合成法和以H2O和異丙醇／H2O為介質(zhì)的非界面合成法制備了系列MnOx?？疾炝擞袡C溶劑用量(如CCl4、石油醚、異丙醇)、反應物濃

5、度及反應物摩爾比對產(chǎn)物MnOx組成和結(jié)構(gòu)的影響。XRD、BET及SEM測試結(jié)果顯示,有機溶劑用量為160 mL、反應物濃度為C(C表示為0.25 mol／L的KMnO4溶液與0.5 mol／L的MnCl2溶液)及反應物摩爾比為1:1.5時,在以CCl4／H2O和石油醚／H2O為介質(zhì)的界面合成法中,分別得到了網(wǎng)球狀和實球狀Mn3O4,它們的比表面積分別為90.018 m2·g-1和61.489 m2·g-1；在以異丙醇／H2O為介質(zhì)的非界

6、面合成法中,得到了刺猬狀γ-MnO2,其比表面積為276.827 m2·g-1；而在以H2O為介質(zhì)的非界面合成法中,反應物濃度為C及反應物摩爾比為1:1.5時,得到了網(wǎng)球狀α-MnO2,其比表面積為157.315 m2·g-1。
　　 將上述有機溶劑用量為160 mL、反應物濃度為C及反應物摩爾比為1:1.5時采用CCl4／H2O和石油醚／H2O為介質(zhì)的界面合成法合成的比表面積較大的Mn3O4用于催化氧化鄰二甲苯,并與采用單獨H

7、2O介質(zhì)的非界面合成法制備的Mn3O4的活性進行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),采用CCl4／H2O介質(zhì)的界面合成法中制備的Mn3O4具有較好的催化活性,在240℃時可使0.06 vol％的鄰二甲苯完全分解為二氧化碳和水。
　　 3、以KMnO4和MnCl2溶液為原料,采用CCl4-石油醚／H2O界面法,通過改變反應物濃度、反應溫度及反應物摩爾比,制備了系列MnOx。XRD、BET及SEM測試結(jié)果顯示,反應物濃度為C、反應溫度為25℃及反應物摩

8、爾比為1:1.5時,得到的MnOx為介孔網(wǎng)球狀微晶態(tài)的MnO2和Mn3O4的混合物,其比表面積為313.782 m2·g-1；在采用CCl4-石油醚／H2O界面法,反應物濃度為C、反應溫度為25℃及反應物摩爾比為1:1.5的反應條件下添加KOH調(diào)節(jié)pH值,考察了pH值、反應物濃度及焙燒溫度對催化劑MnOx結(jié)構(gòu)和活性的影響。實驗結(jié)果表明,pH值為8,反應物濃度為:0.5 mol／L KMnO4、8 mol／L KOH和1 mol／L Mn