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《浙江大学》 2018年
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固体酸负载过渡金属催化剂对氯苯的催化氧化过程与产物选择性研究

孙鹏飞  
【摘要】:对石化、制药等工业生产过程中排放的挥发性有机污染物(VOCs)进行有效控制是改善当前大气环境质量的重要途径之一。其中含氯VOCs不仅排放量高、毒性强,而且具有较高的化学稳定性,可以在自然界中长时间滞留,对环境和人类健康造成的影响尤为严重。催化燃烧技术可以在较低的温度下将含氯VOCs转化为H2O、CO2、HCl等最终产物,被视为一种高效、经济、可行的脱除有机氯污染物的方法。然而,该技术在工业应用中仍存在诸多问题。传统的工业催化剂在处理含氯VOCs时,易发生积氯/积碳等中毒现象,导致催化剂失活。虽然国内外在含氯VOCs催化燃烧材料上进行了大量研究,但对该化合物的基元反应过程,毒副产物种类与生成机制、产物选择性等的研究还很缺乏。此外,实际工业烟气中含有诸多的干扰因子,如水汽、碱/碱土金属等,这些干扰物对含氣VOCs的催化反应与毒副产物生成机制的影响也缺乏系统的研究探索。本文利用固体酸HZSM-5为载体,表面负载金属锰铈氧化物,首先考察了其催化氧化氯苯的催化性能与构效关系,发现当活性相锰/铈比为Mn0.8Ce0.2O2/HZSM-5时,其催化氧化氯苯的效率最高,在240 0C时氯苯转化率就达到99.0%以上。固体酸HZSM-5—方面通过离子交换使得活性组分高度分散于催化剂表面,从而提高了催化剂的氧化还原性能,另一方面HZSM-5作为载体为反应提供了大量的Br0nsted酸位点,使得氯苯得以高效吸附,从而促进了氯苯的低温转化。通过对Mn0.8Ce0.2O2/HZSM-5和Mrn0.8Ce0.2O2催化剂催化氧化氯苯的产物进行分析,发现氯苯在Mn0.8Ce0.2O2/HZSM-5催化剂表面产生多种直链多氯副产物,如三氯乙烯(C2HCl3)、四氯乙烯(C2Cl4)以及二氯苯(C6H4Cl2)等,究其原因是金属氯化物MnClx、MnOClx、CeClx、CeOClx的存在对反应中间产物进行了加氯反应。氯苯在Mrn0.8Ce0.2O2/HZSM-5催化剂表面的氧化路径主要通过其与Brcnsted酸性位上的羟基发生亲核取代,继而生成苯醌类中间体并逐步开环裂解为低碳直链有机物。而Mn0.8Ce0.2O2催化剂的中间产物种类相对较少,以苯为主,说明其对氯苯的氧化路径主要是先脱氯生成苯再开环裂解为低碳直链有机物,并最终生成CO2、H2O、HCl。通过研究Mn0.8Ce0.2O2/HZSM-5催化剂在含水条件下的催化氧化过程,发现Mn0.8Ce0.2O2/HZSM-5催化剂在含水环境中,其HCl的选择性显著提高,中间副产物中多氯有机物含量明显减少。究其原因是水汽的存在使得吸附于催化剂表面的解离氯通过水解作用以HCl的形式及时脱除,从而抑制了金属氯化物的生成,避免后者对中间产物的二次加氯反应。此外,水汽还促使固体酸HZSM-5中的氢质子与水分子形成二聚体H5O2+,此基元具有明显的Lewis酸性,进一步提高了催化剂的氧化性能。通过对Mnc1.8Ce0.2O2/HZSM-5催化剂进行掺钾研究,分析了碱金属钾对催化剂的物化性质、氯苯催化氧化反应过程、产物选择性等影响,发现K+的过量加入可中和Mrn0.8Ce0.2O2/HZSM-5催化剂表面的Brransted酸及Lewis酸,导致催化剂失活。然而,适当含量K+的存在可促进Cl以KCl的形式固定于催化剂表面,从而抑制亲电加氯反应的进行;并且由于KOH的吸湿性,在反应过程中可为催化剂提供吸附水,促进水解反应,使得Mn1-xCexO2/HZSM-5催化剂的HCl选择性增加。掺钾催化剂反应产物中多氯中间副产物大量减少,在气相中和催化剂表面均未检测出二氯苯等多氯副产物。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X701

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 Gang Liu;Renliang Yue;Yi Jia;Yong Ni;Jie Yang;Haidi Liu;Zhen Wang;Xiaofeng Wu;Yunfa Chen;;Catalytic oxidation of benzene over Ce-Mn oxides synthesized by flame spray pyrolysis[J];Particuology;2013年04期
2 万义玲;张传辉;郭杨龙;郭耘;卢冠忠;;CeO_2-MnO_x催化剂上氯乙烯有机废气的催化燃烧[J];催化学报;2012年03期
3 余倩;邓欣;李俊;李聪;余林;王运佳;沈丽斯;;活性炭吸附技术对VOCs净化处理的研究进展[J];材料研究与应用;2010年04期
4 李鹏;何炽;程杰;郝郑平;;含钯类水滑石衍生复合氧化物Pd/M_3AlO(M=Mg,Co,Ni,Cu,Zn)催化剂上氯苯的催化氧化[J];物理化学学报;2009年11期
5 张云;李彦锋;;环境中VOCs的污染现状及处理技术研究进展[J];化工环保;2009年05期
6 程党国;侯春阳;陈丰秋;詹晓力;;Effect of manganese and potassium addition on CeO_2-Al_2O_3 catalyst for hydrogenation of benzoic acid to benzaldehyde[J];Journal of Rare Earths;2009年05期
7 谢兰英,罗灵爱,李忠;热电冷凝VOCs[J];广东化工;2005年06期
8 林和健,林云琴;低温等离子体技术在环境工程中的研究进展[J];环境技术;2005年01期
9 沈迪新,胡成南;挥发性有机化合物污染的净化技术[J];中国环保产业;2002年12期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 黄琴琴;稀土—多孔催化材料的制备、表征及其对含氯、含氮挥发性有机污染物催化降解性能的研究[D];浙江大学;2011年
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1 毛洪凯;改性氧化锌纳米光催化材料的制备及光催化性能研究[D];江苏大学;2016年
【共引文献】
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1 樊西征;李佳哲;白雪峰;;水滑石负载钯催化剂的研究进展[J];化学与黏合;2015年05期
2 Wenxiang Tang;Gang Liu;Dongyan Li;Haidi Liu;Xiaofeng Wu;Ning Han;Yunfa Chen;;Design and synthesis of porous non-noble metal oxides for catalytic removal of VOCs[J];Science China(Chemistry);2015年09期
3 邹广迅;李彦武;李小敏;;天山北坡经济带城市发展与环境风险的防范研究[J];环境工程;2015年S1期
4 张海龙;王健礼;曹毅;王益静;龚茂初;陈耀强;;Y对柴油车碳烟氧化催化剂MnO_x-CeO_2热稳定性的影响(英文)[J];催化学报;2015年08期
5 赵福真;龚渺;张广营;李金林;;Effect of the loading content of CuO on the activity and structure of CuO/Ce-Mn-O catalysts for CO oxidation[J];Journal of Rare Earths;2015年06期
6 滕富华;顾震宇;项敏;陈哲铭;陆建海;;蓄热式热氧化炉处理医化废气[J];中国环保产业;2015年04期
7 Gang Liu;Jiaqi Li;Kun Yang;Wenxiang Tang;Haidi Liu;Jun Yang;Renliang Yue;Yunfa Chen;;Effects of cerium incorporation on the catalytic oxidation of benzene over flame-made perovskite La_(1-x)Ce_xMnO_3 catalysts[J];Particuology;2015年02期
8 俞文清;陈泉源;;水中84种VOCs的检测方法及其应用[J];净水技术;2014年06期
9 常仁芹;周瑛;卢晗锋;朱秋莲;陈银飞;;微波加热脱附回收Y分子筛吸附的酮类有机分子[J];环境工程学报;2014年12期
10 马文娇;王亚丽;;堇青石负载非贵金属复合氧化物催化氧化甲苯的性能研究[J];山东化工;2014年11期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 孙鹏飞;固体酸负载过渡金属催化剂对氯苯的催化氧化过程与产物选择性研究[D];浙江大学;2018年
2 曹爽;铈钛基复合金属氧化物催化氧化二氯甲烷的研究[D];浙江大学;2016年
【二级参考文献】
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1 ;Nanomaterials synthesized by gas combustion flames:Morphology and structure[J];Particuology;2010年06期
2 黎维彬;龚浩;;催化燃烧去除VOCs污染物的最新进展[J];物理化学学报;2010年04期
3 徐越群;赵巧丽;;活性炭吸附技术及其在水处理中的应用[J];石家庄铁路职业技术学院学报;2010年01期
4 李鹏;何炽;程杰;郝郑平;;含钯类水滑石衍生复合氧化物Pd/M_3AlO(M=Mg,Co,Ni,Cu,Zn)催化剂上氯苯的催化氧化[J];物理化学学报;2009年11期
5 岳雷;赵雷洪;滕波涛;张庆豹;罗孟飞;;Pd/Ce_(0.8)Zr_(0.15)La_(0.05)O_δ整体催化剂甲苯催化燃烧性能的研究[J];中国稀土学报;2009年03期
6 刘亚兰;潘珠玉;;纳米TiO_2与活性炭纤维复合降解空气中甲醛[J];林业科技;2009年01期
7 士丽敏;储伟;瞿芬芬;胡金燕;李民敏;;Catalytic performance for methane combustion of supported Mn-Ce mixed oxides[J];Journal of Rare Earths;2008年06期
8 王玲玲;王潇磊;南淑清;王强;吕怡兵;多克辛;郑作杰;;郑州市环境空气中挥发性有机物的组成及分布特点[J];中国环境监测;2008年04期
9 於建明;沙昊雷;陈建孟;;复合生物滤塔耦合处理含H_2S和VOCs废气研究[J];浙江工业大学学报;2008年03期
10 竹涛;李坚;梁文俊;金毓峑;;等离子体联合技术处理挥发性有机化合物废气的研究进展[J];化工环保;2008年02期
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1 陈理;纳米ZnO复合材料的制备及其光催化性能研究[D];安徽理工大学;2015年
2 韩帅;纳米氧化锌的制备、掺杂及其光催化性能研究[D];中北大学;2015年
3 殷巧巧;氧化锌基异质纳/微米结构光催化剂的可控制备及其性能研究[D];浙江师范大学;2015年
4 张庆;氧化物半导体微结构调控及性能研究[D];齐鲁工业大学;2015年
5 张晓琳;放射管状ZnO/ZnFe_2O_4纳米复合材料的制备及其特性的研究[D];吉林大学;2015年
6 杜艳艳;Fe掺杂ZnO的微结构及其光催化性能的研究[D];东北大学;2013年
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9 张泽军;半导体纳米催化剂的制备及其可见光催化性能的研究[D];华南理工大学;2013年
10 刘鹤;铁酸锌纳米复合结构的制备及其光催化特性研究[D];长春理工大学;2013年
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1 梁文俊;杜晓燕;李坚;何洪;;降解石化行业氯苯类挥发性有机物的催化氧化技术研究进展[J];石油化工;2018年10期
2 彭新华,吕春绪;Menke条件下氯苯的固体酸催化选择性硝化[J];火炸药学报;1995年03期
3 刘攀;;氯苯清洁硝化[J];广东化工;2013年24期
4 王冬进;;土壤中四氯苯、六氯苯的测定[J];污染防治技术;2009年04期
5 张建柱;王翠;;吹扫捕集-气相色谱-质谱联用测定水中的四氯苯[J];供水技术;2015年04期
6 刘宁;;吹扫捕集-气相色谱法测定水中四氯苯含量[J];现代科学仪器;2012年03期
7 李秀瑜;侯都兴;赵爱东;;反相高效液相色谱法测定对硝基氯苯、对氯苯胺和苯胺[J];精细石油化工;2008年04期
8 梅建庭,郝炎;荧光光度法直接测定环境水中对氯苯胺[J];理化检验(化学分册);2003年03期
9 谭美军,刘小平;氟氯苯胺的合成与开发[J];广西化工;1996年04期
10 ;西德SKW公司建邻-氯苯腈生产厂[J];染料工业;1977年05期
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1 刘金坤;牛胜利;周艳;;核桃壳炭基固体酸制备及催化油酸乙酯化性能研究[A];第二届能源转化化学与技术研讨会会议指南2015[C];2015年
2 王雪;王健;朱廷钰;王贞;;氯苯在钒钛催化剂表面催化分解机理研究[A];第七届全国环境化学大会摘要集-S05 大气污染与控制[C];2013年
3 王璐;师唯;程鹏;;镧系双金属-有机框架对多氯苯污染物的检测探究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第五分会:分子与固体化学[C];2016年
4 高航;张小艳;;对氯苯胺在农田土壤中的吸附解吸性能[A];2013年(第三届)中国药物毒理学年会暨药物非临床安全性评价研究论坛论文摘要[C];2013年
5 朱志刚;王博;马红竹;;钼改性固体酸电解条件下催化合成甲氧基苯酚[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
6 王辉;曲振平;王忠;全燮;;金属银粒子性质对氨选择催化氧化消除性能的影响[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
7 李赛;吴银素;尹晓蕾;邢胜涛;马子川;;锰氧化物深度催化氧化邻二甲苯的性能研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
8 刘敏;吴银素;芦佳;马子川;;碱金属助剂对天然锰矿深度催化氧化邻二甲苯的影响研究[A];中国化学会第26届学术年会环境化学分会场论文集[C];2008年
9 李书军;王兴全;刘术侠;;一个新的高质子固体酸[A];中国化学会第五届全国多酸化学学术研讨会论文摘要集[C];2013年
10 江国平;;常温常压催化氧化装置介绍[A];“豫兴热风炉杯”2011曹妃甸绿色钢铁高峰论坛暨冶金设备管理经验交流会论文集会刊[C];2011年
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1 本报记者 刘永明;氯苯企业北强南弱格局在改变[N];中国化工报;2010年
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4 高枫;氯苯系列产品应面向出口市场[N];中国化工报;2006年
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1 孙鹏飞;固体酸负载过渡金属催化剂对氯苯的催化氧化过程与产物选择性研究[D];浙江大学;2018年
2 王君;ZrO_2基复合氧化物磁性固体酸的合成与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
3 韩振;高效磺酸型固体酸的研究[D];华东师范大学;2016年
4 黄登高;钛硅分子筛TS-1的低成本合成、改性及绿色催化氧化应用[D];湖南大学;2013年
5 孟庆洁;层状钙钛矿氧化物催化氧化挥发性有机污染物的反应特征与性能优化[D];浙江大学;2018年
6 严朝雄;负载贵金属室温高效催化氧化甲醛复合材料的可控制备及性能研究[D];武汉理工大学;2017年
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9 毕晓伊;微波强化ClO_2催化氧化工艺及应用研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 孟永禄;炭基固体酸的制备及其催化高酸值油脂降酸性能研究[D];天津大学;2013年
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1 李斌洲;一株1,2,3,4-四氯苯降解菌的筛选和降解特性研究[D];广东工业大学;2015年
2 毛颖;硒催化还原邻氯硝基苯制备邻氯苯胺的研究[D];辽宁大学;2011年
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5 贾晴晴;以天然多孔材料为载体固体酸的制备以及催化产糠醛的研究[D];北京化工大学;2018年
6 张永学;SO_3H-C/SBA-15复合催化剂的制备及催化性能[D];河北工业大学;2016年
7 张甜甜;功能化分级孔聚苯乙烯的制备、表征及应用[D];河北工业大学;2017年
8 赵鹏;固体酸微球催化降解碳水化合物制备5-羟甲基糠醛的研究[D];浙江师范大学;2018年
9 唐国强;新型磷钨酸基固体酸的制备及催化性能研究[D];江西理工大学;2018年
10 朱俊东;工业木质素基固体酸的制备及催化水解纤维素的研究[D];华侨大学;2017年
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