邻二甲苯催化燃烧催化剂制备方法的研究.pdf

第40卷第11期
化工技术与开发
Vol 40 No 11
2011年11月
Technology & Development of Chemical Industry
Nov.2011
邻二甲苯催化燃烧催化剂制备方法的研究
边珊珊,冯翔,傳慧云,马静雯,吴东方
(东南大学化学化工学院,江苏南京21189
摘要:以堇青石蜂窝陶瓷整体载体为基体,以γ-AlO为涂层材料,以Cu-Mn复合氧化物为活性组分
制备了一系列的催化剂,并考察了其对邻二甲苯的完全催化氧化性能。
关键词:Cu-Mn复合氧化物;邻二甲苯;催化燃烧;整体催化剂
中图分类号:0643.36
文献标识码:A
文章编号:1671-9905(2011)11-0015-03
工业生产中产生的有机废气具VOCs有较强
根据1.1的3个方向及操作分别配置AI
的挥发性和毒性,不仅对环境产生污染,而且会Cu/Mn摩尔比为39.84/0.3458/0.1729的整体式
影响人体健康,因此,采取适当的方法彻底消除催化剂,分别选取活性涂层负载量相近的成品进
已成为目前环境治理中的重要研究课题之一。催行催化活性研究,多取几组进行对比确认
化燃烧法(也叫催化氧化法)是目前VOCs治理中1.3催化剂活性评价
最为经济、高效和环保的方法之一日l而工业有机
邻二甲苯熔点为-25.2℃,沸点为144.4℃。催
废气处理过程一般需在较高温、高空速下进行,化燃烧活性评价在常压石英管反应(内径=10mm)
伴随着强热冲击和粉尘,在这些场合,整体式催中进行。反应器放置在一个装有自动控温装置的
化剂往往是唯一的选择?。
电炉中,催化剂经少量玻璃纤维包裹后放置于反
有关整体催化剂的制备方法,现有文献报道应器中部,以便密封催化剂与反应管间的空隙。
的主要由两步法来制备,即在蜂窝陶瓷基体上先催化剂出口处插有K型热电偶,准确测定反应器
涂覆一层γ-A20等活性涂层,然后再通过浸渍等床层温度。具体评价流程如图1所示。活性评价
过程负载活性组分,制备方法比较繁琐。本文以前,先将催化剂样品在空气气氛中于450℃活化
Cu-Mn复合氧化物/y-Al20y/堇青石蜂窝陶瓷催化Ih,然后自然冷却至100℃时开始催化燃烧反应。
剂为例,用3种制备方法制备了一系列的整体催两路均通入空气,进入装有邻二甲苯的鼓泡器将
化剂,考察了制备方法对邻二甲苯的完全催化氧邻二甲苯蒸汽带入反应器。鼓泡器温度控制在
化性能的影响。
0℃,空气的总流量为200mL·min1,对应反应器总
1实验部分
体积空速(GHSV)1000-(相对于整个整体催化
剂体积)。反应气中,邻二甲苯的鼓泡器进入量约
1.1试验方案及内容
为78.84mL?min,保证邻二甲苯体积分数约为
本次试验由3种不同的制备方法组成
1000x106,两路气体总流量始终保持为200mL?
方案一:先将拟薄水铝石与活性组分混合制min。催化剂床层进行手动升温,用气相色谱在
备成溶胶,再负载于堇青石。
线分析反应尾气,以便确定邻二甲萃转化率随床
方案二:用Al(NO3)3代替拟薄水铝石。
层温度的变化关系。定义T和79(邻二甲苯转化
方案三:先将涂层负载于载体上,再负载活率分别为50%和90%所对应的温度)分别为邻二
性组分。
甲苯的起燃温度和完全转化温度。
1.2催化剂样品的制备与选择
作者简介:边珊珊(1990-),女
通讯联系人:吴东方,男,教授,目前主要从事工业催化领域的研究,E-mail:dfwu(@seu.edu.cn
收稿日期:2011-08-29
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化工技术与开发
第40卷
1.空气:2.空气;3.玻璃转子流量计;4.鼓泡器;5.石英管反应器
6,7,8.K型热电偶;9.加热装置;10.温度控制仪;1.整体式催化剂;
12.气相色谱仪
100200300400500600
图1活性评价装量图
温度P℃
Fig 1 Schematic diagram of the device
负载量16.99%-17.96wt%
for testing catalyst activi
100
1.4催化剂表征
80
将新制备的整体催化剂,压碎硏磨成粉末,
分别进行XRD物相结构分析。使用日本理学D/
max-2500型X射线衍射仪,Cu靶(A=0.154056
8哥之
nm),Ka射线,Ni滤光片,工作电压:40kV,工作
电流:200mA,扫描范围20=10°~90°。
0
2结果与讨论
100200300400500600
温度/パ℃
2.11不同制备方法下的催化剂活性比较
负载量26.20wt%~28.00wt
通过进行色谱测试,发现色谱峰面积先增
图2邻二甲苯在不同反应温度下的转化率
(◆为方法1,▲为方法2,为方法3)
大,后平缓,到最后减小,这是由于开始吸附邻二
甲萃,进人检测器里的邻二甲苯量少,峰面积就
表1同种制备方法下不同涂层负载
小,过一段时间后,吸附达到饱和,邻二甲苯全部
对催化剂催化活性的影响表
进入检测器,峰面积增大,最后由于温度升高,反
2
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应速率加快,导致峰面积减小。
33321330328329
选取了3种方案下负载量分别为16.99wt%
涂层负载量%17.1121.94225724.5126.6
~17.96wt%和26.20w%~28.00wi%的两组实验
结果,如图2所示
果发现各组样品的催化活性均随负载量的增加
从两组图的分析对比可以看出,3种方法所先增加后减小。
制备的催化剂均具有良好的催化活性,并且方案2.3催化剂组分的XRD分析
1和方案3的色谱分析曲线趋势比较接近,均优
本实验选取3种制备方法中负载量在
于方案2,两组的催化活性相差不大(即起燃温度20.09wt%-23.30wt%的催化剂为样品,将其压碎
和完全转化温度接近)。可能是由于它们的组成研磨成粉末再进行XRD分析。革青石标准XRD
和晶相相同,导致催化活性也几乎相同,但从操图谱( J CPDS2-646)和完整负载的整体催化剂化
作方法的难易程度和误差的允许上考虑,方法1学组分XRD图谱如图3所示。从图中可以看出,
为一步负载,而方法3为两步负载,故选择方法1堇青石的特征峰完整岀现在整体催化剂的结构
为最优方案。方法2由于硝酸盐类制备涂层,载中,这说明革青石载体的晶型结构没有发生变
体表面积低,分散度低,故催化活性较低。
化。通过XRD分析可以检测到CuO、Mn2O3、
2.2不同负载量下的催化剂活性比较
Al2O2、Cu2Mn:O、CuMn2O5和 Cunas Mno 实验中也对同种制备方法下不同涂层负载这表明本实验制备的整体式催化剂活性相Al-Cu
量对催化剂催化活性的影响进行了研究对比,结Mn主要以上述晶型存在。