CexNi1-xMnO3/SiO2/堇青石的材料结构与VOCs催化燃烧活性的研究

研究材料微观结构对VOCs催化燃烧活性的影响，目前在国内外VOCs催化燃烧催化剂研究领域鲜见报道。本课题将基于自主研发的CexNi1-xMnO3/SiO2/堇青石新型催化燃烧催化剂体系，研究材料的晶型、纳米效应、界面效应、晶格缺陷、孔结构、粒径大小及分布对催化燃烧活性的影响，分析和推演出纳米尺度的CexNi1-xMnO3钙钛矿型复合金属氧化物与固体酸协同的催化燃烧反应机理及其微观反应动力学，归纳出该体系材料微观结构与催化燃烧活性之间的具体关系，得到CexNi1-xMnO3/SiO2/堇青石催化剂的最优制备条件，开发出高效、廉价的新型VOCs催化燃烧催化剂。最终为在纳米尺度上调控，设计高效催化燃烧VOCs催化材料提供新思路，为取得自主知识产权和国际先进水平的VOCs催化燃烧催化剂制备技术提供理论依据和技术支撑。

本自然基金（面上项目）于2011年立项，执行期为2012-2015年，共四年。在这四年时间内，项目严格按照申请书及计划书中所列研究内容、年度计划以及经费使用预算执行，以稀土-过渡金属相结合的复合材料作为出发点，在制备工艺、材料表征、机理分析等方面开展了大量系统深入的研究工作，顺利完成高效、廉价的新型VOCs催化燃烧催化剂的开发，获得CexNi1-xMnO3/SiO2/堇青石催化剂最优制备参数，通过TEM、BET、SEM、XRD、XPS、H2-TPR、O2-TPD及FT-IR对催化剂材料的晶型、晶粒大小、表面立体结构、断口形貌与界面形貌、晶格缺陷等微观结构进行分析，并同时结合催化剂的活性成分配比、负载量、焙烧温度、焙烧时长以及柠檬酸用量等催化剂制备参数对催化剂微观结构以及催化性能的影响，解释微观结构与宏观现象之间的因果关系，归纳出该体系材料微观结构与催化燃烧活性之间的具体关系。并深入分析和阐述了CexNi1-xMnO3/SiO2/堇青石催化剂的微观反应动力学及反应机理，揭示了NiMnO3钙钛矿与CeO2在催化反应中的协同耦合作用及反应路径。并进一步开展了NiMnO3/堇青石催化剂的A位、B位改性研究，制备了一种可同时处理CO及催化燃烧VOCs的新型高效、廉价的镧钴锰钙钛矿型复合氧化物催化体系。过渡金属掺杂可有效加快电子迁移速率、增强贮氧能力和弱化金属氧化物键能，显著提高了LaCo0.5Mn0.5O3复合氧化物催化氧化性能。通过与CeO2涂层改性支撑体技术相结合，增加活性颗粒物分散度，提高贮氧能力，进一步提高了催化剂催化燃烧活性，促进CO和VOCs的共催化燃烧。并进行催化剂的抗毒性研究，优化设计了贵金属减量化的复合金属氧化物催化剂。探究贵金属Pd掺入量与复合金属氧化物催化剂抗硫性能间的变化规律，达到了预期制定的任务目标。并在此基础上研究MnCeOx固溶体催化剂，研究发现氧化锰因具有比氧化铈更低的氧化键能而提供催化氧化反应所需晶格氧，而具有良好储氧能力的稀土金属氧化铈可为还原态锰基氧化物提供氧，因而晶格氧可在催化氧化与还原之间形成平衡。混合氧化物催化剂活性明显高于单组分催化剂，MnCeOx/堇青石催化剂表现出具有良好的抗氯和抗水蒸气性能。通过适量负载贵金属Pd可显著改善催化剂遇硫中毒失活现象。对成熟的催化剂体系进行工业化转化，探究催化剂体系在制备工艺中是否具有延续性和可