后嫁接法制备Ag/SBA-15催化剂及其对甲醛催化性能研究

论文摘要

甲醛（formaldehyde）是一种重要的挥发性有机污染物（VOCs）,作为主要的室内污染物之一,长期接触甲醛会严重损害人类健康,在众多甲醛去除技术中,催化氧化法由于不易产生二次污染物,在较低温度下可将甲醛彻底消除,因此成为了目前研究热点。本论文以SBA-15为载体,利用后嫁接法制备出粒径小且分布均一的Ag/SBA-15催化剂,并考察了其对甲醛吸-脱附性能及催化氧化活性。传统的制备负载型催化剂的方法有浸渍、金属有机物蒸汽沉积法及有机嫁接法。由于浸渍法难于控制金属粒子的大小及落位,所以金属粒子的粒径分布较宽且大部分粒子沉积在孔道外,而且催化剂的高温处理会使金属粒子进一步聚集增大。对于金属有机物沉积法,虽然其可以控制金属粒子的大小,但由于具有挥发性金属有机物难于得到且价格昂贵,所以其应用非常有限。由于在SBA-15的孔道表面覆盖着一层硅羟基,通过后嫁接的方法我们将还原基团铆钉在孔道内,利用原位还原方法和分子筛的孔道限域效应将银离子还原成孔道内的银粒子。通过后嫁接法我们得到了较小的银纳米粒子且抑制了其在高温下的烧结。同时,我们用传统的等体积浸渍的方法制备了Ag/SBA-15催化剂并考察了其对甲醛的催化活性。研究结果显明,利用后嫁接方法制备的银催化剂具有更小的粒子尺寸（2-3nm）,甲醛完全转化的温度为100℃且没有副产物生成,而浸渍方法得到的催化剂粒子尺寸较大（7-8nm）且存在大量粒径为10-20nm的银粒子,甲醛完全转化的温度为150℃。程序升温脱附（TPD）及程序升温表面反应（TPSR）实验结果表明,在后嫁接催化剂上甲醛与活性位之间有适宜强度的吸附能力,而且催化反应有较低的活化温度。原位红外光谱（in-situ FT-IR）技术研究了甲醛在Ag/SBA-15催化剂上的吸附中间体,结合程序升温技术初步探索了甲醛在Ag/SBA-15上的催化氧化机理。研究发现,甲醛在纯载体及银催化剂上的吸附物种有明显差别。甲醛在纯载体上的吸附物种主要有分子吸附态甲醛,甲酸盐及亚甲二氧基,而在银催化剂上除了上述物种外,还可以看到CO与C02的吸收峰。这说明CO与CO2只有在金属银上产生,而甲醛盐及二氧亚甲基的形成不需要金属银的存在。虽然载体也能产生甲酸盐和二氧亚甲基等吸附中间体,但程序升温实验显示,产生的吸附中间体不能进一步被氧化而是转化为甲醛脱附,同时还发现,随着温度升高吸附在后嫁接催化剂上的甲醛更容易与氧气发生氧化反应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 甲醛的理化性质,来源及危害
• 1.1.1 甲醛的理化性质
• 1.1.2 甲醛的主要来源
• 1.1.3 甲醛的危害
• 1.2 室内空气中甲醛的治理技术
• 1.2.1 控制甲醛污染源
• 1.2.2 室内甲醛污染的末端控制
• 1.3 甲醛催化氧化催化剂的进展研究
• 1.3.1 贵金属催化剂
• 1.3.2 金属氧化物催化剂
• 1.4 甲醛催化氧化反应机理研究进展
• 1.5 本论文的设计和内容
• 2 实验部分
• 2.1 催化剂制备
• 2.1.1 化学试剂与实验仪器
• 2.1.2 后嫁接法制备银催化剂
• 2.2 催化剂活性评价
• 2.3 催化剂的表征
• 2.3.1 扫描电镜测试（SEM）
• 2.3.2 比表面积测试（BET）
• 2.3.3 电感耦合等离子光谱测试（ICP）
• 2.3.4 紫外可见分光光度仪（UV-Vis）
• 2.3.5 X-射线衍射测试（XRD）
• 2-TPR）'>2.3.6 程序升温还原（H₂-TPR）
• 2-TPD）'>2.3.7 氧气程序升温脱附（O₂-TPD）
• 2.3.8 透射电镜测试（TEM）
• 2.3.9 程序升温脱附（TPD）和程序升温表面反应（TPSR）
• 2.3.10 原位红外测试（FT-IR）
• 3 后嫁接法制备Ag/SBA-15催化剂催化氧化甲醛性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 后嫁接法制备Ag/SBA-15及其催化性能研究
• 3.2.1 后嫁接法制备Ag/SBA-15的过程及其孔容、表而积的测定
• 3.2.2 催化剂XRD及TEM表征研究粒子尺寸和分布
• 3.2.3 催化剂活性评价
• 3.2.4 催化剂上银、氧物种的初步探索
• 3.3 小结
• 4 程序升温及原位红外技术研究甲醛在银催化剂上的吸附行为
• 4.1 引言
• 4.2 程序升温技术研究催化剂上甲醛吸附-脱附行为及表面反应活性
• 4.2.1 催化剂上甲醛程序升温脱附实验
• 4.2.2 催化剂上程序升温表面反应
• 4.3 原位红外技术研究甲醛在催化剂上的吸附行为
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢