多级孔锰氧化物的制备及其催化氧化性能研究

第29卷第3期2014年9月安徽工程大学学报JournalofAnhuiPolytechnicUniversityVO1．29．NO．3Sep．，2014文章编号：1672—2477(2014)03—0037—04多级孑L锰氧化物的制备及其催化氧化性能研究张志华，杨仁春，蒋茜敏(安徽工程大学生物与化学工程学院，安徽芜湖241000)摘要：采用软硬双模板法制备了多级孔Mn。O，考察了高锰酸钾热处理温度对多孔Mn。O结构及催化性能的影响．SEM和N。吸附一脱附表征研究显示，所制备的催化材料为多级孔催化剂；XRD分析显示，当高锰酸钾热处理的温度提高到200℃，Mn。0变为Mn0．催化性能研究表明：升高温度有助于所制备的催化剂催化性能提高；高锰酸钾200℃处理的催化剂显示了最好的催化氧化性能．关键词：多级孔氧化锰；高锰酸钾热处理；催化氧化中图分类号：06l1文献标识码：A随着环保的呼声越来越高，挥发性有机废气的排放要求也日趋“苛刻”．为减少该类有机物的排放，吸附、燃烧、催化氧化等相应治理方法被相继报道．其中，催化氧化法作为最便利有效的方法，被格外关注n]．催化剂作为影响催化氧化反应效果的关键，其孔结构、价态、氧浓度、晶型结构对催化性能均有显著影响．多孔催化材料不仅具有特殊的孑L道结构，且具有较高的比表面，这些特征使其在催化、吸附、环境治理等领域获得了广泛应用．因为孔结构与催化剂内扩散密切相关[4_51，为提高传质效率，调变催化材料的孔道结构被认为是行之有效的措施．多级孔催化材料因其具有连续、通透的孔道结构，相对于传统的孔道，具有更加优异的传质效果【6]．但对于催化氧化反应来说，催化活性不仅依赖于孔道结构，而且还与催化剂的化学组成、氧浓度等结构密切相关．研究显示，催化剂的氧浓度对催化氧化反应有着重要的影响．现已发现高温、高压退火处理可改变催化剂氧浓度和催化氧化性能[目_lo]．然而，高温、高压操作显然不利于产能要求和生产操作，一定程度限制了其工业应用．掺杂法因其相对温和的制备条件，成为研究者们关注的焦点．Arandatu等人研究发现Cu的掺杂十分有助于提高CeO的氧浓度和萘的催化氧化性能．Pino[1等人研究La掺杂Ni—CeO时，发现La的添加显著提高了其界面氧浓度，并获得了优异的催化性能．虽然有关于Mn。0的研究报道，但是关于高锰酸钾热处理温度对多级孔Mn。0修饰以及其性能影响的研究未见相关报道，本文正是在这方面做出研究．这些研究表明，对于催化氧化反应，改变催化剂的氧浓度可以改变其催化性能．因此，如何采取新的制备方法，获得不同氧浓度的多级孔材料仍然具有重要意义．本文选用软模板剂聚环氧乙烷一聚环氧丙烷一聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)和硬模板胶晶聚苯乙烯(Ps)为模板，通过软硬双模板法制备多孔Mn。O．在此基础上，通过高锰酸钾热处理法对多孔Mn。O进行热处理．重点考察高锰酸钾热处理温度对催化材料的结构及其催化氧化乙酸乙酯性能的影响．1实验部分1．1实验药品苯乙烯，对苯乙烯磺酸钠，过硫酸钾(阿拉丁化学试剂有限公司)；P123(西格玛化学试剂有限公司)；氢氧化钠，无水乙醇，乙酸锰，高锰酸钾，盐酸(国药集团化学试剂有限公司)；以上均为分析纯．去离子水(实验室自制)．1．2胶晶(PS)模板制备取6mL苯乙烯加到分液漏斗，用5％的氢氧化钠洗涤直到液体无粉红色，再用蒸馏水洗至pH一7；将洗好的苯乙烯倒人三口烧瓶，随后加入O．0150g对苯乙烯磺酸钠和O．0430g过硫酸钾，54mL去离子水；通入氮气保护，恒温水浴7O℃反应12h；反应完成后，将生成的白色乳液倒入离心管离心12h，转速为收稿日期：2014—07—03、基金项目：国家自然科学基金资助项目(51202003)；安徽省高校省级科学研究重点基金资助项目(KJ2012A036)作者简介：张志华(1987一)，男，安徽阜阳人，硕士研究生．通讯作者：杨仁春(1979一)，男，安徽宣城人，副教授，博士．·38·安徽工程大学学报第29卷2500r／rain；去除上清液，放人烘箱70℃，12h．1．3多孔Mn3O4制备1．0g乙酸锰、O．2gP123，5mL无水乙醇混合搅拌至乙酸锰完全溶解，再将1．0gPS浸入其中，真空浸渍5min；65℃烘干1h，随后加入1OmL草酸乙醇溶液(30g草酸／100mL乙醇)，在真空放置10min，取出在65℃干燥12h，马弗炉中450℃焙烧3h，命名为A．1．4变价态MnOx制备将2．0g多孔Mn。O放置于25mL蒸馏水中，加入0．5g高锰酸钾和1．6mmol的盐酸，置于5OmL水热釜中；分别考察3种不同温度(25℃、100℃和200℃)对Mn。O价态影响，反应12h后，经离心分离、水洗和100℃干燥，得到产品，分别命名为B'25、]3-100、t3-200．1．5