络合-溶剂热法制备钯基催化剂及其催化氧化间二甲苯性能

DOI：10.11949/j.issn.0438?1157.20181083

络合-溶剂热法制备钯基催化剂及其催化氧化间二甲苯性能

赫帅1,2，郭凤2，康国俊1，余剑2，

任雪峰1，许光 3

(1中国矿业大学化学化工学院，江苏省煤基CO2捕集与地质储存重点实验室，江苏 徐州 221116; 2中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京 100190; 3沈阳化工大学，辽宁 沈阳 110142)

引 言

挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs）如甲醇、甲醛、苯、甲苯、乙酸乙酯、丙酮等，广泛应用于石油化工、涂料、造纸、印刷等行业，对大气环境、动植物生长及人体健康造成了严重的危害。综合治理VOCs成为现阶段大气污染防治的重点任务。将VOCs催化氧化成对环境无污染无公害的CO2和H2O，被视为最有效的治理技术，而如何选择和制备高效催化剂成为该方法的核心问题， 献广泛 道了负载型贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂以及复合型催化剂在VOCs氧化中的应用。贵金属催化剂具有高活性、选择性及稳定性，是当前主流的商业催化剂。与其他贵金属催化剂（Pt，Ru）相比，Pd基催化剂具有较高的低温活性和较高的耐热性，受到众多研究者的关注。

Pd基催化剂的研究主要集中在对Pd基催化剂的价态、分散度、形貌与性能进行关联，如Pd基催化剂催化氧化甲烷中，PdO起活性作用， 献 道混合态Pd/PdOx（0＜x≤1）具有更好的催化效果，还有研究表明金属钯（Pd0）对VOCs的催化性能优于氧化态（PdO）。Kim等在研究Pd/Al2O3催化剂中Pd的价态和粒径对BTX（苯、甲苯、二甲苯混合物）氧化的影响中发现，浸渍法催化剂通过H2还原处理后催化燃烧邻二甲苯的完全转化温度为190℃（T100），较未经H2还原处理催化剂的完全转化温度低10℃， 献分析结果表明金属Pd有利于Pd/Al2O3的催化性能提升。同样Huang等通过研究不同价态Pd催化剂，发现还原态的Pd催化剂可以使甲醛在室温下基本完全转化为CO2和H2O,而氧化态Pd催化剂转化率仅达到18%，这主要源于带负电荷的高度分散的纳米颗粒Pd作为活性组分增强了氧活化能力，促进了甲醛的氧化。Wang等还发现通过NaBH4原位预处理后的钯基催化剂中的钯主要为还原态，其催化氧化邻二甲苯完全转化温度为210℃。综上所述，还原态的Pd有利于提升催化氧化VOCs的活性。

结 论

通过络合-溶剂热的方法制备了Pd/Al2O3-com催化剂，通过表面形态、结构表征及催化性能测试，得出以下结论。

（1）SEM分析表明络合-溶剂热法制备的Pd/Al2O3-com催化剂其活性组分均匀分散。XPS光电子能谱分析表明活性组分Pd以还原态Pd0的形式存在于载体表面，有利于增强反应物在催化剂表面的催化氧化活性能力。

（2）在间二甲苯体积分数为0.07%、空气体积空速为50000 h－1条件下，温度为260℃时Pd/Al2O3-com催化剂能够完全催化氧化间二甲苯。在间二甲苯体积分数为0.02%、气体体积空速为100000 h－1条件下，温度为210℃时Pd/Al2O3-com催化剂能够完全催化氧化间二甲苯。

（3）260℃连续120 h的性能测试未见活性减弱，说明该催化剂具有良好的性能稳定性，该催化剂具有一定的工业应用前景。

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实验部分

1.1 材料

1.2 催化剂制备

1.3 催化剂表征

1.4 催化剂活性评价

图1 催化剂评价装置

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结果与讨论

2.1 催化剂表征

表1　Pd/Al2O3催化剂的XRF结果

图2 不同方法制备的催化剂的XRD谱图

图3 载体及不同方法制备的催化剂的吸附、脱附等温线

图4 载体及不同方法制备的催化剂的孔径分布

表2　载体及催化剂的孔结构参数和Pd粒径

图5 不同方法制备的催化剂的XPS谱图

图6 不同方法制备催化剂的SEM图及EDS图

2.2 催化剂活性评价

图7 不同方法制备的催化剂的催化氧化间二甲苯活性

图8 不同间二甲苯浓度及空速对络合-溶剂热法制备

催化剂的影响

图9 Pd/Al2O3-com催化剂活性稳定性测试结果