收藏本站
《武汉理工大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

CeO_2基负载型催化剂在VOCs催化净化和CH_4/CO_2重整反应中的作用研究

毛明杨  
【摘要】:环境与能源危机已然成为当今世界亟待解决的头等问题。挥发性有机污染物(VOCs)作为工业快速发展的副产物,不仅对生态环境造成污染,而且严重威胁人类健康;CH_4/CO_2重整反应能够高效地利用大自然海量存在的CH_4和CO_2,减弱温室效应并生成有利于费-脱合成的合成气。二氧化铈(CeO_2)具有独特的储/放氧、混合价态(3+,4+)和晶格氧活性高等性能,它在催化氧化VOCs和CH_4/CO_2重整反应中具有重要应用前景。但是纯CeO_2活性不高,基于此,本文从CeO_2独特的物理化学性能出发,通过调控纳米CeO_2的微结构、负载活性金属、探究金属-载体相互作用和反应物分子活化路径等方面来提高CeO_2基负载型催化剂的催化活性和稳定性。主要创新点与研究结果如下:1、发现质量分数为1.0%的Pt纳米颗粒部分局域在介孔CeO_2的微型介孔(Pt/CeO_2-MM)时,具有很高的VOCs热催化氧化活性。与质量分数为1.0%的Pt纳米颗粒负载于CeO_2纳米立方块的表面(Pt/CeO_2-NC)相比,Pt/CeO_2-MM催化剂催化氧化苯的T_(50)(苯的催化转化率为50%对应的反应温度)和T_(90)(苯的催化转化率为90%对应的反应温度)降低幅度分别为149℃和196℃;Pt/CeO_2-MM在140℃时的转换频率是相同条件下Pt/CeO_2-NC的9.0倍。我们从理论和实验(CO-TPR、CO-TPD、H_2脉冲滴定和HRTEM)上研究了Pt/CeO_2-MM催化活性显著提升的原因是由于Pt/CeO_2-MM中存在着一种新的金属-载体相互作用,即Pt/CeO_2界面处的晶格氧活性对其热催化性能有重要影响,当Pt纳米颗粒部分局域在介孔CeO_2的微型介孔时,能够显著提高Pt纳米颗粒和CeO_2界面处的晶格氧活性,从而显著增强Pt/CeO_2-MM的热催化活性。2、发现质量分数为1.0%的Pt纳米颗粒部分局域在介孔CeO_2的微型介孔(Pt/CeO_2-MM)时,在全谱太阳光、可见-红外光、红外光照射下具有很高的VOCs催化氧化活性和优良的催化稳定性,发现了热电子诱导的光活化新机制能够显著提高Pt/CeO_2-MM催化剂的催化活性:发现在Xe灯光源(其光谱与太阳光谱相似)的照射下,Pt/CeO_2-MM催化剂对苯等VOCs具有非常高的催化氧化活性及优良的稳定性;在可见-红外光、红外光照射下,Pt/CeO_2-MM催化剂对苯仍然具有高效的催化氧化活性;我们对其根源进行了研究,发现Pt/CeO_2-MM催化剂遵循的是一种新的光催化机理:(a)光致热催化:Pt/CeO_2-MM催化剂在全太阳光谱范围有很强的吸收,能够有效地将光能转化为热能,使催化剂表面温度升高;同时Pt/CeO_2-MM催化剂具有优良的低温热催化氧化活性,从而使Pt/CeO_2-MM催化剂具有高效的全谱太阳光、可见-红外光、红外光驱动光致热催化活性。(b)光活化:通过原位红外证实,在光照条件下产生的热电子能够有效地活化吸附在Pt纳米颗粒上的反应物分子(如:苯),从而进一步提高Pt/CeO_2-MM催化剂的光致热催化活性。3、以NaBH_4为还原剂,将质量分数为1.0%的Pt纳米颗粒负载在介孔CeO_2纳米棒的表面(Pt/CeO_2-MNR),发现Pt/CeO_2-MNR在聚焦全谱太阳光和可见-红外光照射下具有很高的CH_4/CO_2重整反应活性。在全谱太阳光照射下,Pt/CeO_2-MNR的H_2生成速率(r_(H2))和CO生成速率(r_(CO))分别为5.7 mmol g~(-1) min~(-1),6.0 mmol g~(-1) min~(-1),其太阳能转化为化学能的能量转化效率高达10.3%。值得注意的是,即使Pt/CeO_2-MNR在690 nm以上的可见-红外光照射下,它仍然具有较高的H_2和CO生成速率(r_(H2)=3.3 mmol g~(-1) min~(-1),r_(CO)=3.7 mmol g~(-1) min~(-1)),其太阳能转化为化学能的能量转化效率高达10.6%;Pt/CeO_2-MNR纳米复合物在全谱太阳光照射下经过长达100 h的稳定性测试后,其催化活性几乎没有任何改变。发现Pt/CeO_2-MNR纳米复合物优异光致热驱动CH_4/CO_2重整反应的根源是:(a)优异的热催化性能;(b)在全光谱范围内都拥有极高的光热转化效率。4、以Ce(NO_3)_3·6H_2O,Ni(NO_3)_2·6H_2O和C_6H_8O_7·6H_2O为原料,采用简易的溶胶凝胶法,在80℃反应温度下,合成了不同Ni含量的Ni/CeO_2纳米复合催化剂。发现Ni/CeO_2-C能高效地吸收入射到催化剂表面的全谱太阳光、可见-红外光和红外光,并能有效地将吸收到的光能转化为热能;发现Ni/CeO_2-C具有优异的聚焦全谱太阳光、可见-红外光和红外光光致热催化和储能性能,在全谱太阳光照射下,Ni/CeO_2-C的H_2生成速率(r_(H2))和CO生成速率(r_(CO))分别为6.5 mmol g~(-1) min~(-1),6.3 mmol g~(-1) min~(-1),其太阳能转化为化学能的能量转化效率高达11.1%。即使在830 nm以上的红外光照射下,Ni/CeO_2-C仍然具有较高的H_2和CO生成速率(r_(H2)=1.6 mmol g~(-1) min~(-1),r_(CO)=2.1 mmol g~(-1) min~(-1)),其太阳能转化为化学能的能量转化效率为4.1%;在光致热储能机理作用下,Ni/CeO_2-C展现出优异的光致热催化稳定性。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ426

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 邱贤华;苏翔宇;陈素华;李薛君;;不同形貌CeO_2的制备及其在污水催化臭氧化处理中的性能[J];南昌航空大学学报(自然科学版);2014年02期
2 袁强;江玲;李辉;杨乐夫;蔡俊修;;低温高效催化降解刚果红染料的Fe/CeO_2催化剂[J];厦门大学学报(自然科学版);2011年01期
3 邱建华;吴彩斌;;挥发性有机物(VOCs)对室内环境的影响研究[J];闽西职业技术学院学报;2009年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 贾海龙;有机废气流化床焚烧处理试验研究[D];浙江大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 顾剑杰;王炎锋;蒋茹;朱华跃;;Zn/Cr水滑石吸附-可见光催化水中有机污染物[J];工业用水与废水;2014年02期
2 董冰雪;张磊;耿三春;李运会;刘伟;詹慧莹;贡一峰;李鹏;远万里;;突变灰盖鬼伞过氧化物酶降解刚果红的响应面法优化分析[J];环境工程学报;2014年02期
3 梁伟耀;;探讨室内空气中VOCs的采样及检测方法[J];科学之友;2010年24期
4 徐亚;赵金平;陈进生;张福旺;张晗;;厦门市隧道中挥发性有机物污染研究[J];生态环境学报;2010年11期
5 孙瑞霞;梁庭;刘俊;薛晨阳;熊继军;殷亚飞;张文栋;;基于光电离原理的挥发性有机化合物检测器的设计[J];仪表技术与传感器;2010年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张聪聪;石蜡油脱除甲苯工艺的实验与模拟研究[D];北京化工大学;2018年
2 戎晓林;热等离子体技术在有机废气处理工程中的应用研究[D];广州大学;2016年
3 金旗;介质阻挡放电分解正烷烃研究[D];浙江工商大学;2015年
4 王爱华;等离子体协同催化技术处理挥发性有机物的研究[D];北京工业大学;2015年
5 刘威;甲苯降解真菌选育及应用其强化生物过滤运行性能研究[D];浙江工业大学;2015年
6 刘月颖;吸附VOCs用陶瓷基蜂窝块体吸附剂研究[D];华南理工大学;2015年
7 许鹏;废弃印刷线路板热解及热解气焚烧机理研究[D];浙江大学;2015年
8 胡俊;复合强化菌剂降解典型制药行业多组分废气的性能研究[D];浙江工业大学;2013年
9 张颖;漆酶处理抑制木素热塑过程中VOCs挥发量的研究[D];天津科技大学;2013年
10 万嘉瑜;污泥在不同氧浓度下燃烧排放特性研究[D];浙江大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张婷;;高级氧化技术的研究进展[J];广州化工;2011年14期
2 冯利利;赵威;刘洋;焦亮;李星国;;MCM-41分子筛担载纳米TiO_2复合材料光催化降解罗丹明B[J];物理化学学报;2009年07期
3 乐琳;张哓鸣;;一种通过纳米粒子的组装制备基于二氧化铈中孔材料的简易方法(英文)[J];无机化学学报;2008年05期
4 张定国;李发亮;刘芬;陈昌林;;纳米Ce-WO_3-TiO_2光催化剂的制备及性能[J];化学反应工程与工艺;2008年01期
5 陈正雄;祝万鹏;杨少霞;王建兵;;催化湿式氧化苯酚的TiO_2-CeO_2催化剂的制备与表征[J];催化学报;2006年12期
6 孙振亚;杜建华;陈和生;龚文琪;;氧氢氧化铁对偶氮染料脱色作用的红外光谱研究[J];光谱学与光谱分析;2006年07期
7 杨丹凤,袭著革,晁福寰;室内空气中挥发性有机化合物研究进展[J];解放军预防医学杂志;2004年04期
8 韩世同,习海玲,史瑞雪,付贤智,王绪绪;半导体光催化研究进展与展望[J];化学物理学报;2003年05期
9 耿世彬,周永红;室内空气中可挥发性有机化合物的研究[J];建筑热能通风空调;2002年06期
10 何振宇,梁高道,杨其富;油漆、涂料中的挥发性有机化合物的监测[J];中国公共卫生;2001年10期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 石贾樱子;刘祥萱;刘渊;高鑫;;铁负载型催化剂在废水处理中的应用[J];安全与环境工程;2012年04期
2 严前古,于作龙,远松月;金属负载型催化剂抗积炭性能的研究[J];石油与天然气化工;1997年02期
3 黄惠忠;郭沁林;桂琳琳;周宇;刘英骏;唐有祺;;用ISS研究负载型催化剂中活性组分与载体间的相互作用[J];物理化学学报;1987年05期
4 张书笈,方延铨,赵维君,李晓飞;乙醇羰化反应负载型催化剂的研究[J];燃料化学学报;1989年04期
5 叶冲;姜敏;张强;刘茜;周光远;;合成聚对苯二甲酸丙二醇酯负载型催化剂钛酸四丁酯/纳米二氧化硅的制备[J];应用化学;2013年01期
6 侯珂珂;李学峰;崔平;;负载型催化剂对风化煤制备腐植酸的影响[J];材料导报;2011年24期
7 马惠言;简丽;张前程;;TiO_2/高岭石负载型催化剂的制备与表征[J];化工进展;2007年10期
8 马惠言;简丽;杨瑞芳;韩秀杰;陈红;辛文强;;TiO_2/高岭土负载型催化剂的制备及其结构性能研究[J];内蒙古工业大学学报(自然科学版);2007年01期
9 周广栋;甄开吉;王海水;程铁欣;;杂多化合物及其负载型催化剂的研究进展[J];化学进展;2006年04期
10 杨红晓;张林群;;ICP-AES法测定活性炭负载型催化剂中铂、镍的含量[J];应用化工;2010年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡斌;慕新元;熊绪茂;;羰基金属制备负载型催化剂技术[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
2 万书宝;迟克彬;李影辉;肖海成;徐显明;李方伟;;合成气制低碳烯烃分子筛负载型催化剂的研究[A];中国化工学会2005年石油化工学术年会论文集[C];2005年
3 黄惠忠;胡德红;傅贤智;桂琳琳;赵壁英;郭沁林;周宇;;静态二次离子质谱(staticSIMS)测定负载型催化剂表面状态和表面结构层次[A];中国分析测试协会科学技术奖发展回顾[C];2015年
4 赵先亮;;聚胍负载型催化剂的制备及其催化水相中的Knoevenagel反应[A];中国化学会第28届学术年会第1分会场摘要集[C];2012年
5 李晓红;李文英;冯杰;谢克昌;;负载型催化剂用于二氧化碳低温氧化乙苯脱氢反应研究[A];第九届全国化学工艺学术年会论文集[C];2005年
6 叶飞;刘荣;贡湘君;管昊;季凌晨;;单斜相氧化锆基MnO_x-CeO_2负载型催化剂脱硝与抗硫性能研究[A];TEIM2015第六届无机材料结构、性能及测试表征技术研讨会程序册与摘要集[C];2015年
7 路军岭;;基于ALD技术的负载型催化剂“自下而上”精细设计[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第十五分会:表界面结构调控与催化[C];2016年
8 程彦虎;谢鹏飞;华伟明;乐英红;高滋;;ZSM-5酸性对负载型催化剂丙烷脱氢的影响[A];第十七届全国分子筛学术大会会议论文集[C];2013年
9 盛亚平;陈立国;马力;黄启谷;陈伟;付志峰;杨万泰;;(n-Bu)Cp_2ZrCl_2/MAO催化1-癸烯齐聚合及其产物的结构与性能[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
10 薛芳;杨朝芬;熊伟;陈华;李贤均;;负载型催化剂对2-吡啶甲酸甲酯催化氢化反应的研究[A];中国化学会第九届全国络合催化学术讨论会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 毛明杨;CeO_2基负载型催化剂在VOCs催化净化和CH_4/CO_2重整反应中的作用研究[D];武汉理工大学;2017年
2 崔科;碳酸环己烯酯的合成及其酯交换反应研究[D];郑州大学;2015年
3 刘宪春;有序介孔材料负载型贵金属纳米催化剂的制备及其性能研究[D];吉林大学;2016年
4 韩凯悦;聚苯乙烯催化氢化制备聚环己烷基乙烯新型高分子材料的基础研究[D];华东理工大学;2015年
5 贾玉华;液体油品中硫、氮化物的氧化脱除[D];大连理工大学;2011年
6 吕建刚;纳米晶催化剂的设计、合成与性能研究[D];南京大学;2010年
7 张蕾;煤热解制氢负载型催化剂的制备及其表征[D];中国矿业大学(北京);2009年
8 郝芳;环已烷亚硝化一步法制备已内酰胺新型催化剂制备、表征及性能研究[D];湘潭大学;2012年
9 吴静;高效低污染糠醛选择加氢催化剂的研究[D];大连理工大学;2009年
10 郑晓玲;活性炭为载体钌催化剂的制备及氨合成催化性能的研究[D];福州大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马鑫鑫;多级孔含硅载体的合成及其在制备负载型催化剂中的应用[D];曲阜师范大学;2018年
2 翟西平;非负载型催化剂存在下的渣油加氢改质研究[D];中国石油大学(华东);2013年
3 胡明华;硅胶负载型催化剂催化下含氮杂环化合物的合成[D];苏州大学;2014年
4 和成刚;条状超细镍基负载型催化剂苯加氢研究[D];江苏工业学院;2007年
5 彭琥;苯加氢制环己烷的超细镍基负载型催化剂研究[D];南京工业大学;2004年
6 董亚丽;钌铂负载型催化剂上NO的反应特性研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
7 任蕊;V_2O_5负载型催化剂催化柴油组分氧化开环及提高十六烷值的研究[D];西北大学;2011年
8 时云萍;离子交换树脂负载型催化剂催化合成二氢月桂烯醇的研究[D];天津大学;2007年
9 沈兴;铁基分子筛负载型催化剂上的合成气直接制取低碳烯烃反应[D];内蒙古工业大学;2009年
10 王敏;膨润土负载型催化剂的制备及催化有机反应研究[D];曲阜师范大学;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026