铈基复合氧化物/分子筛的制备及其对含氯有机污染物催化降解机理的研究

以工业源排放的多组份的含氯有机污染物(CVOCs)催化氧化降解控制为背景，系统地研究铈基复合氧化物/分子筛催化材料的制备科学规律和制备技术。研究铈基复合氧化物/分子筛催化材料的设计一制备一结构一性能之间的关系及规律，主要研究催化材料的织构-结构性质、表面酸性质、表面CVOCs吸附-脱附性能和活性氧物种性质等在CVOCs催化氧化降解反应中的催化作用，研究催化材料的抗氯中毒、抗HCl腐蚀和抗积碳等失活的机制，研究非CVOCs组分（其它VOCs、H2O等）对CVOCs催化氧化降解性能和降解机理的影响，形成具有源头创新的CVOCs控制催化新材料和新技术。为我国工业源排放CVOCs催化氧化降解控制技术的实际应用，提供科学技术和打下良好的基础。

本课题系统地研究了CeO2-过渡金属复合氧化物（MOx-CeO2）、锆稳定的CeO2-CrOx复合氧化物以及这些复合氧化物改性的多孔催化材料的制备规律，并选择了典型的CVOCs（DCE、DCM和TCE）作为探针反应物，研究了载体的结构与表面酸性质、活性组分与载体之间的协同作用、以及过渡金属与铈之间的相互作用对催化剂氧化降解性能以及耐受性的影响，得到了一些重要的规律性的认识和研究成果。研究发现,富Ce基CeO2-CrOx复合氧化物（Ce/Cr摩尔比=4~2）中CeO2与CrOx之间的强相互作用能显著提高催化剂的氧流动性、氧化还原性能和改善催化剂表面酸量及强弱酸比例，并促进具有强氧化性的Cr6+物种形成，从而显著提高了催化剂对CVOCs的深度氧化能力，生成的含氯副产物极少。而适量锆的掺杂会进一步提高催化剂的氧化还原性能和热稳定性，从而显著提高CeO2-CrOx复合氧化物对CVOCs的催化氧化性能，其中Ce/Zr摩尔比为1:1的CeO2-ZrO2-CrOx复合氧化物表现出优良的催化性能，并具有较高的HCl选择性。载体的酸性质对其负载CeO2、CeO2-CrOx或CeO2-ZrO2-CrOx复合氧化物的催化性能有显著的影响。研究发现，具有强酸性质的分子筛（HUSY/HZSM-5）对DCE的降解活性明显高于Al2O3和SiO2，催化剂的酸性强度及强弱酸比例是影响DCE催化脱氯性能的关键因素。CeO2及其复合氧化物与分子筛之间的协同作用促进了CVOCs的吸附和脱氯降解，它们之间的相互作用增加了催化剂上强Lewis酸中心的数目，显著促进了催化剂上活性氧物种的流动性，从而提高了催化剂对CVOCs的脱氯能力和深度氧化能力。此外，铬铈之间的相互作用也提高了催化剂上活性氧物种的流动性而减少积碳的发生，有利于活性组分的稳定而防止其流失，并提高分子筛载体的抗氯腐蚀性，从而显著提高催化剂的耐受性。这些研究成果为新型廉价通用型CVOCs控制用非贵金属催化材料的开发提供了科学依据，具有广阔的工业应用前景。