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整体型PTA废气净化催化剂的研制

王寅  
【摘要】:蜂窝型整体结构催化剂由于其具有压降低,机械强度高,耐热冲击,传质传热性能好等优点,不仅广泛应用于工厂废气和汽车尾气净化等传统环保领域,且在新能源生产和节能减排等领域的应用近年来也日趋增多。文章针对PTA废气的净化,以贵金属-过渡金属/γ-Al2O3/堇青石为模型催化剂,对整体型催化剂制备过程中的浸渍、干燥、焙烧等工艺条件和过程参数进行了研究,为整体结构催化剂的工业化制备提供理论基础和技术支持。 首先考察了不同活性组分负载量及不同浸渍方法对催化活性的影响。然后以贵金属Pt(Ⅳ)、Pd(Ⅱ)和过渡金属Mn(Ⅱ)为活性组分,以具γ-A1203涂层的堇青石陶瓷蜂窝为载体,采用过量浸渍法,着重考察了蜂窝型整体结构催化剂制备过程中浸渍条件(浸渍液pH值、温度和浓度)对活性组分在载体上吸附量的影响,确定了Pt(Ⅳ)、Pd(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)适宜的浸渍pH值和温度。比较了浸渍液在蜂窝通道中的填充时间(tf)、浸渍液向γ-A1203涂层毛细孔内渗透时间(τc)、进入载体毛细孔的溶质在载体上的吸附时间、外部活性组分在蜂窝通道内溶剂中的扩散时间(tF)、活性组分在γ-Al203涂层毛细孔内溶剂中的扩散时间(τd)、载体的孔道内表面对活性组分的吸附时间(τα),得出浸渍过程为吸附动力学控制。根据Lagergren吸附动力学模型拟合了活性组分在不同浓度下的吸附曲线,并以Langmuir和Freundlich吸附等温式对吸附等温线进行了拟合。结合EDS表征和对蜂窝载体两端水的蒸发速率js、蜂窝孔道内水的分子扩散迁移速率jc及溶质的迁移速率jt的计算和比较,发现相比快速干燥而言分步干燥更有利于活性组分的均匀分布。通过对焙烧温度和时间的考察比较,得出了较优的焙烧温度和时间。 研究结果表明:Pt(Ⅳ)、Pd(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)三种元素的最佳吸附温度均为80℃,最佳吸附pH分别为4.13、4.53、1.00。Lagergren二阶吸附模型与实际吸附行为更为吻合;Pt(Ⅳ)、Pd(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附都遵循Langmuir单层吸附机制。蜂窝孔道内水的分子扩散速率jc远大于蜂窝两端水的蒸发速率js,而水的蒸发速率js又远大于溶质的迁移速率jt。催化剂的最佳焙烧温度为470℃,焙烧时间对活性的影响不大。 论文还采用实验得出的各最优制备条件制备了大尺寸蜂窝,完成了大尺寸蜂窝在工业侧线上的活性测试与寿命考察,并通过XRD、BET、SEM、XPS、XRF、EDS及CO-TPD等表征手段对使用前后的蜂窝催化剂进行了对比,分析了使用过程对蜂窝催化剂物化性能的影响。


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