抗水性Fe-Co-O催化剂的制备及对低温CO氧化反应的催化性能
过渡金属氧化物催化剂(如Co3O4基催化剂等)对水汽非常敏感，在含水条件下很容易失活。在低温CO氧化的实际应用过程中，催化剂的活性不可避免地会受到水汽和CO2等多种因素的影响，因此，研究含水条件下CO氧化反应催化剂的活性和稳定性具有重要的学术价值和实际意义。 本文着重研究了催化剂的组成和制备条件对Fe-Co-O催化剂物化性质和催化性能的影响。采用低温N2吸附、XRD、XPS、FT-IR、H2-TPR、CO/O2-TPD、NMR、TG和TEM等方法对催化剂的物理化学性质进行表征，采用insituDRIFTS技术研究了催化剂表面的吸附和表面反应，研究了催化剂表面高分子层的含量及组成对催化剂抗水性的影响，取得了以下主要的研究成果。 （1）研究了催化剂组成、制备方法及条件对Fe-Co-O催化性能的影响。结果表明，无论是在常规条件(3-10ppmH2O)还是在潮湿条件(0.6vol.%H2O)下，草酸乙二醇辅助固相法制得的催化剂均比共沉淀法所得的催化剂具有更好的催化CO氧化的活性。同时，在Co3O4中掺杂Fe、在制备过程中添加草酸(OA)和乙二醇(EG)均能够显著提高Co3O4基催化剂在常规条件以及潮湿条件下对CO氧化的催化活性。当Fe/Co=3/16时，Fe3Co16Ox具有最好的对CO低温氧化反应的催化性能。 （2）研究了焙烧温度对Fe-Co-O催化性能的影响。结果表明，经250℃焙烧的催化剂具有高的比表面积、Co3+/Co2+比和氧空穴含量，并表现出优异的催化CO氧化反应的性能。Fe3Co16Ox-250催化剂可分别在-101℃(在含有3-10ppmH2O时)和70℃(0.6vol.%H2O)将CO完全氧化，在含3.1vol.%H2O的条件下，在90℃能使CO完全氧化，并保持1个月以上活性不降低。 （3）研究了在含水量和CO浓度对Fe-Co-O催化活性的影响。结果表明，Fe-Co-O催化剂在水汽缺乏的条件(3-10ppmH2O)下比潮湿条件(0.6vol.%H2O)下对CO的浓度变化更加敏感，其原因是水的存在改变了催化反应的路径。表面吸附的OH-与CO会生成碳酸盐离子(CO*+OH*→COOH*+*,*吸附位点)。表面高分子的存在可以抑制水在催化剂活性中心上的吸附。 （4）研究了高分子层对Fe-Co-O催化性能的影响。研究表明，高分子可能的结构为-(CH2CH2-O-COCOO-)n。不同焙烧温度会影响表面高分子层的厚度及含量，高分子层的存在可抑制纳米粒子长大，并明显提高催化剂的抗水性能，从而提高Co-Fe-O复合金属氧化物的催化性能。
Fe-Co-O催化剂;制备工艺;高分子层包覆;抗水性;CO氧化
上海应用技术大学
硕士
工业催化
卢冠忠
2017
中文
TQ426.6
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）