预处理对Pd/CeO2催化剂中Pd的存在状态和丙烷催化燃烧性能的影响

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随着现代工业的快速发展,挥发性有机化合物(VOCs)己成为空气污染物的主要成分之一,并对生态环境和人体健康造成了严重的危害。因此,如何有效控制并消除VOCs已成为环保领域的研究热点之一。在VOCs排放控制的众多技术中,催化燃烧被认是最有效的方法。但是,不同于其它一些VOCs,作为汽车尾气和液化石油气主要成分之一的低碳烷烃普遍被认为是VOCs中最稳定且最难消除的组分。因此,亟需开发低碳烷烃的高效控制和治理技术,其核心是高性能催化剂的设计和制备。本文以丙烷的催化燃烧为模型,围绕负载型Pd催化剂,深入研究催化剂的预处理对Pd的存在状态以及催化剂的丙烷催化燃烧活性的影响,从而确定Pd催化剂的构效关系,为后续设计和制备高性能催化剂提供指导。  通过等体积浸渍法制备Pd/CeO2和Pd/Al2O3等两种负载型Pd催化剂,采用XRD、BET、Pd分散度、H2-TPR、O2-0TPD、XPS、Raman以及ln-situ DRIFTs等表征研究不同预处理条件(气体组成、温度和时间等)对催化剂上Pd的分散度和价态等存在状态。同时,对经过预处理的催化剂在C3H8催化燃烧中的活性进行考察,以此揭示催化剂的构效关系。  在各种不同条件下预处理的Pd/CeO2催化剂中,在450℃和1vol%C3H8+3vol%O2气氛条件下预处理1h后得到的催化剂表现出最高的活性。预处理过程可将催化剂中的PdO还原为C3H8催化燃烧的活性物种pd0,而且该催化剂具有更高的表面缺陷程度,有利于吸附氧,从而导致其较高的活性。在此基础上,进一步研究了CeO2和Al2O3等不同载体对负载型Pd催化剂在预处理后Pd的存在状态和催化剂活性的影响。结果表明,由于Pd与Al2O3载体之间的作用力较弱,使得pd0在反应气氛快速被氧化,导致高温活性与未经处理的催化剂的活性并没有显著差别。相反,Pd/CeO2催化剂经同样条件预处理后,高温和低温活性都显著提高。
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