包裹型钴基氧化物的低温催化氧化性能研究
催化氧化CO是去除CO的一种环保有效的技术方法，影响CO氧化活性的因素有很多，如水汽含量、前驱体溶液、制备方法、焙烧温度和催化剂聚集度等。近来非贵金属氧化物，特别是Co基氧化物催化剂，对CO氧化的高活性受到越来越多的关注。虽然Co基催化剂在低温下对CO氧化有优异的催化性能，但在含水条件下易失活，因此如何提高含水条件下低温CO氧化的催化性能具有重要的研究价值和实际意义。本论文的主要研究成果总结如下： （1）综述了Co基、Cu基与Ce基三类非贵金属氧化物催化剂在湿气条件下对CO氧化的研究现状。就CO催化氧化机理和水失活机理进行了讨论，目前本课题组正在努力研究构造新型的抗水性聚合物薄膜以提高抗水性能，进而提升CO氧化活性，且已取得一定效果，并为今后的研究提出建议。 （2）在我们以前的工作基础上，使用硝酸锰水溶液（50wt.%）代替固体硝酸锰，以达到增加系统分散性和Co-Mn金属离子相互作用的目的。聚合物纳米薄膜的包覆不仅能显著提高非贵金属氧化物的结构稳定性，而且能显著改善其在低温富水条件下的催化性能。在本工作中，通过对聚合物纳米薄膜包覆催化剂MnaCobOx的优化，我们在50℃、富水条件下（0.6vol.%H2O）实现了稳定有效的CO氧化。采用TEM、TG、FTIR、XPS、XRD、TPD等多种辅助技术对催化剂进行表征，其中X射线光电子能谱（XPS）表明，催化剂的活性与Co3+/Co2+和Mn2+/Mn3+的比值以及空位氧VO的百分比含量相关，除涂层聚合物具有一定的疏水性，Co-Mn离子对与氧空位的协同作用对低温跨膜CO氧化也起着重要作用。并讨论了聚合物纳米薄膜涂层中CO催化氧化的机理。 （3）研究了KMnO4掺杂量对Fe3Co16Ox+XMn（X=0，0.3，0.6，1，3，6）催化剂催化氧化CO活性的影响。经研究发现：Fe3Co16Ox+1Mn对CO氧化具有最高的活性（60℃，0.6vol.%H2O），相较于纯Fe3Co16Ox催化剂（80℃，0.6vol.%H2O）其完全转化温度提高了20℃。对催化剂进行XRD、TEM、XPS、BET等一系列表征，晶体结构和形貌分析显示纳米晶粒尺寸和球状形貌。Fe、Co和Mn之间的协同作用，影响球形表面Fe3+、Co3+和氧空位的含量，从而提高氧化性。经XPS提取出的数据显示高Co3+/Co2+（1.66）、高Fe3+/Fe2+（1.43）、和高VO（16.0%）的催化剂对CO氧化具有最高的催化活性。 （4）将上述制备的MnaCo32Ox催化剂进行CH4燃烧活性和稳定性测试，发现Mn3Co32Ox催化剂在335?C可以使CH4转化率达90%，这种高活性的原因可能是Mn-Co离子间的相互作用及高氧空位含量产生的。
Co基催化剂;CO氧化;抗水性;CH4燃烧;环境催化
上海应用技术大学
硕士
应用化学
黄厚金
2020
中文
O643.36
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）