酸化蛭石在N2O高溫分解下的催化效果.docVIP

酸处理过的蛭石作为N2O高温分解的有效催化剂 摘 要 经HNO3，HCl和H2SO4溶液酸化处理过的蛭石在高温作用条件下N2O分解成N2和O2的试验中作催化剂。酸处理蛭石的过程中部分浸入到它的八面体结构，部分沉积于蛭石它的表面。粘土样品的这种改性，显著增加了它的比表面积和孔隙率以及影响它们的表面酸性。蛭石经酸化后激活了它在N2O高温分解过程中的作用，但酸活化效果取决于酸的类型以及酸处理时间。 关键词：氮氧化物 催化分解 蛭石 酸处理 1 说明 N2O被认为是最危险的温室气体之一，主要是由于它有很高的致全球变暖潜能（GWP），其GWP强度大约是CO2的310倍(佩雷斯-拉米雷斯，2007）。此外，N2O在平流层会被转化为NO和NO2，从而N2O被认为是消耗臭氧层的最主要的因素之一。N2O排放的人类相关的最主要来源是土地耕作、化石燃料的燃烧和HNO3的工业生产。在许多过程中它被用作反应物包括合成肥料、乙二酸和炸药（艾特尔等，2008）。各种N2O分解方法的实验都被报道，但是N2O分解成N2和O2视为最最有前途的技术之一，因为它不需要共同传送任何还原剂（Kapteijn等，1996;佩雷斯 - 拉米雷斯等，2003）。在不同条件下，用N2O分解生产硝酸的产品的过程取决于N2O催化转换器安装位置，因此这种过程需要各种催化剂（佩雷斯拉米雷斯等，2003）。第一个可能的观点是N2O转换器的位置在尾气路径。在这种情况下，N2O转换器在相对较低的250-500℃温度下运行（Gaidei, 2009）。据报道这种温度范围可以活化各种催化剂，但是最主要的似乎是将沸石掺杂铁（硼等，2013;鲁特克丝卡等，2014）和钴的金属氧化物体系（Chmielarz等，2011年; Dziembaj等，2012; Maniak等，2013）。第二个可能的观点是N2O转换器直接在铂铑纱布氨燃烧器的下面位置。在这种情况下，气体温度高于750℃（佩雷斯-拉米雷斯等，2003），因此催化剂需要在这种高温下运行。该高温方法的有点是它和现有的没有显著修改的氨燃烧器具有兼容性。在这个催化体系中最主要的程序似乎是含钴钙钛矿（例如LaCoO3（Wu等，2012））和尖晶石（例如Co3O4（Stelmachowski等，2009））。专用于N2O高温分解过程的催化剂应该是水热稳定的，另外，NO分解应该不活跃（在硝酸厂氨氧化的所需产物）。 我们先前的研究已经显示酸处理蛭石使它有催化活性在和氨还原NO（脱硝）的过程中（Chmielarz等，2010，2012）。所呈现的研究的目的是识别蛭石的催化性能和各种无机酸在高温分解N2O过程中的处理。 2 实验 2.1 催化剂的制备 天然蛭石由SB矿物工业公司（德国），没有任何添加的纯矿物，它被用作制备催化剂的天然矿物。矿物原料分散于盐酸溶液中（0.8mol），粘土矿物在盐酸溶液中的质量体积比为1g/10cm3，并且在95℃下搅拌2、8或24小时。然后，样品通过过滤分离，蒸馏水洗涤，干燥，最后在600℃温度下煅烧5小时。通过这种方法得到的样品标为VxCl，其中x表示酸处理时间。采用相同的步骤获得第二和第三系列的样品，然而，这些情况下，硫酸(0.4M)或硝酸（0.8M）溶液用于蛭石的改性。由这种方法获得的样品标识为VxS和VxN，同样地，其中的x表示酸处理的时间。蛭石改性的细节被介绍与我们先前的文章中（Chmielarz等，2010，2012）。 2.2 催化剂的特征 样品的化学用Axios水泥仪器（帕纳科）由X射线荧光（XRF）方法确定。在分析之前将粘土样品置于900℃下煅烧20分钟。 蛭石前后稳定性测试的X射线衍射图片由飞利浦X’Pert APD衍射仪获得。仪器设置为10mA和10kV（Cu-Kα射线，λ=1.54056埃），0.02°的2θ步扫描和每步1秒的计数时间。 蛭石的比表面积（SBET）和总孔体积（VT）基于前后稳定的催化试验，它由N2用3Flex（Micromeritics公司）自动气体吸附系统在-196℃下吸附决定。在分析之前，将样品在350℃下真空脱气12小时。比表面积用BET设备（布鲁诺尔等人，1938）得到。0.05-0.30的P/P0范围被用于决定BET表面积。总孔体积决定于用于测定微孔容积的0.98T图法的P/P°值。 蛭石样品的表面酸度（酸性位点的浓度）取决于氨（NH3-TPD）的高温过程的解吸。该测量是在装有QMS（四极质谱仪）检测设备（VG石英）的流动微反应系统进行的。实验过程的详细步骤在我们先前的文章中描述过（Chmielarz等人，2010）。 用紫外可见-DR光谱仪测定蛭石样品稳定实验前后过渡金属离子的聚集和协调。该光谱记录一个600（热）演变分光光度计。在200-900nm范围内以2nm的分