超低含量Pt系催化剂制备及催化完全氧化VOCs的研究

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挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)由于其潜在的毒性,已经被全世界公认是主要的污染物质。同时,它也是形成PM2.5、光化学烟雾的主要成分,对臭氧层破坏严重。因此,人们需要找到有效的方法去消除这些污染物质。在众多技术中,催化氧化技术被认为是消除VOCs最有效的方法。相比传统的热力学燃烧,催化氧化技术具有催化温度低和环境友好的优势。在催化氧化技术中,最常使用的负载型催化剂主要分为两类:负载过渡金属氧化物和负载贵金属。对于负载过渡金属氧化物催化剂来说,催化剂的制备成本较低,但是过渡金属自身的性质导致催化氧化过程中起燃温度高,这也使得需要提供更高的热量来维持,增加了设备的成本。这些问题都是在工业化过程中需要考虑的。至于负载贵金属的催化剂,可以实现在较低温度下对VOCs完全的氧化,这是一个很大的提升,其中负载型Pt催化剂由于其具有起燃温度低,催化活性高,稳定性好等特点,在催化氧化技术中研究的尤为深入。但是考虑到贵金属的价格,在催化剂制备过程中,成本又提升了很多,这也是制约其在工业化应用的主要问题。因此,如何制备出一种高活性低成本的催化剂用于催化氧化反应,成为了摆在全世界科研人员面前的一道难题。本文针对以上问题,采用载体直接吸附纳米颗粒溶胶的方法,制备了一系列极低含量Pt/Al2O3(负载量分别为0.01%,0.02%和0.03%)催化剂,用于多种类VOCs的催化完全氧化反应。重点探究了催化剂对甲苯、乙醇、乙酸乙酯、环己酮四类挥发性有机物的催化氧化性能。其中,0.02%Pt/γ-Al2O3表现出最佳的催化性能。于是以0.02%Pt/γ-Al2O3为目标催化剂,研究催化剂制备过程中的各类条件对催化活性影响的内在原因。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、N2吸附-脱附(BET)及透射电子显微镜(TEM)等手段对所制备的催化剂进行了系统的表征,探究不同制备条件下获得的纳米颗粒吸附制成的催化剂物理结构的变化以及对VOCs催化完全氧化活性差异的内在规律。
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