过渡金属氧化物/CeO2纳米催化剂上二噁英类有机化合物催化消除研究

二噁英对环境存在着持久性的污染, 在联合国环境项目国际条约中，最具毒害的有机污染物。二噁英的催化消除法以低温转化和高选择性不造成二次污染而成为最经济、最可靠的方法。本申请提出以过渡金属氧化物/纳米CeO2为二噁英消除催化剂，通过浸渍将变价的过渡金属离子引入到介孔CeO2纳米孔道内或表面；用水热合成将过渡金属与Ce制备成复合氧化物；改变温度、pH值、加料次序来控制水解速率，多层次的修饰纳米CeO2材料，造就多种活性中心的结合，使H2O和Cl元素的吸附行为得到控制，抑制多氯二噁英与Cl2的生成，克服现有催化体系中HCl选择性低的问题；在模拟二噁英废气中，优化过渡金属氧化物/纳米CeO2的催化性能。最后对二噁英提出新的催化净化系统――氧化、加氢脱氯、氯的水解等多种过程一体化――将二噁英转化成HCl、H2O、CO2――多种催化功能的组合系统。本申请专题的研究成功，对环境污染控制具有重要意。

采用水热合成法制备了各种形貌、晶面的氧化铈以及过渡金属修饰的氧化铈催化剂，得出了制备方法和添加组分和氧化铈形貌、晶面结构的关系；采用TPR-TPO方法考察了氧化铈储放氧能力与结构的关系；采用色谱-质谱-脉冲微反和色谱-质谱-微反考察不同结构的氧化铈在含氧和氯代烃类催化燃烧中的活性、选择性、化学稳定性和热稳定性。结果表明，在CeO2纳米棒的110晶面上负载的Ru催化剂具有非常高的分散度和氧化还原性，对于二恶英类模拟化合物表现出高的低温催化燃烧活性和稳定性。表征结果表明，Rh的高活性与反应生成的氧氯化钌与气相氧快速的反应进而达到把氯从表面移走的能力有关。.采用5%过渡金属氧化物对CeO2掺杂形成萤石结构的固溶体，研究其氧化还原性能和催化燃烧活性之间的关系。结果表明，由V和另一种过渡金属元素（Cu、Mn、Fe）共同掺杂的催化剂表现出较高的二恶英类模拟化合物催化燃烧活性。V的加入减弱了Cl的吸附强度，进而提高了催化剂脱Cl的速度和抗Cl中毒的能力。另外，Ce-Ti-O较强氧化还原能力促进了表面Cl物种的除去。采用氧化镧为结构助剂，制备了以Ce-La-O与Mn-Ce-O两种固溶体共存的混合氧化物体系，研究了Mn-Ce-La-O体系中La对于Mn-Ce-O固溶体结构的影响以及热稳定的作用机理。研制出高热稳定性的二恶英类模拟化合物消除催化剂。. 采用微反-色谱-质谱装置技术，以特定暴露晶面的CeO2催化剂及其与过渡金属复合的Ce基氧化物为催化剂，改变氧浓度和二噁英类化合物浓度，在不同的反应温度条件下，研究反应速率的变化规律；采用原位的吸附和脱附研究以及催化剂表面活性物种的化学状态的表征，对反应机理进行了探索。.完成了在氧化铝载体上铈锰氧化物的负载方法的研究，包括了蜂窝状载体上负载氧化铈、氧化锰的制备工艺的研究。设计并安装了体积为0.1立方的氯代烃类催化消除转化器，对一系列芳香烃类和脂肪烃类的模拟废气进行催化转化性能测试，完成了氯苯和二氯甲烷在堇青石蜂窝状稀土类/过渡金属氧化物催化剂上1000小时的活性和稳定性试验。.完成任务书中提出的各项技术指标。发表论文12篇，全部SCI收录。其中，发表在国际上影响力较大的Applied Catalysis B: Environmental研究论文4篇（影响因子5.69）。申请中国发明专利7项。