改性二氧化钛负载贵金属Ru催化剂催化降解苯胺溶液

宋明光 王筠松 郭耘 王丽 詹望成 郭杨龙 卢冠忠

引用本文: 宋明光,  王筠松,  郭耘,  王丽,  詹望成,  郭杨龙,  卢冠忠. 改性二氧化钛负载贵金属Ru催化剂催化降解苯胺溶液[J]. 催化学报, 2017, 38(7): 1155-1165. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62848-1 shu
Citation:  Mingguang Song,  Yunsong Wang,  Yun Guo,  Li Wang,  Wangcheng Zhan,  Yanglong Guo,  Guanzhong Lu. Catalytic wet oxidation of aniline over Ru catalysts supported on a modified TiO2[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(7): 1155-1165. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62848-1 shu

改性二氧化钛负载贵金属Ru催化剂催化降解苯胺溶液

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21333003,21577034);国家重点基础研究发展计划(2013CB933200);国家高技术研究发展计划(2015AA034603);中央高校基础科研专项资金(WJ1514020).

摘要: 苯胺类废水污染物具有结构复杂、浓度高、不易生物降解、生物毒性大等特点,传统的苯胺降解措施存在着许多弊端,很难达到排放标准.催化湿法氧化技术(CWAO)主要针对降解高浓度难降解的有机废水,表现出降解效率高、反应时间短、对生物毒性物质的废水降解效果良好等优点,越来越受到人们的重视.但催化剂在使用过程中,需要在高温高压下进行,且有机物降解产生了有机酸,使得催化剂的活性组分流失和载体的物理化学性质发生变化,导致其催化活性下降.因此,需要开发出一种降解活性高,性能稳定的催化剂成为此技术在工业中广泛应用的关键.
本文采用溶胶凝胶法对二氧化钛进行改性,制备了Ti0.9Zr0.1O2和Ti0.9Ce0.1O2载体,采用过量浸渍法将三氯化钌负载到载体表面制备了2% Ru/Ti0.9Zr0.1O2和2% Ru/Ti0.9Ce0.1O2催化剂.在高温高压反应条件下,以苯胺为催化湿法氧化污染物,对不同催化剂湿法降解苯胺进行比较研究,系统地探究了催化降解的反应温度和反应压力对苯胺降解的影响.此外,利用HPLC-MS鉴定出催化降解产生的中间产物,确定了催化降解的反应路径图.在改性的催化剂中,2% Ru/Ti0.9Zr0.1O2催化剂表现出最高的催化降解活性和稳定性.在初始苯胺浓度4 g/L,催化剂浓度4 g/L,反应温度180℃,O2压力1.5 MPa下,反应时间5 h后,苯胺完全转化,COD转化率达88.3%.并且催化剂进行三次循环试验后,苯胺转化率仍接近100%.
X射线衍射和N2物理吸附结果表明,Ce,Zr掺杂到TiO2晶格中形成了共溶体,其晶格尺寸更小,比表面积和孔体积更大.负载贵金属后,并未出现其他晶相,说明贵金属均匀分散在载体表面.透射电镜结果表明,贵金属负载在改性TiO2上表现出较好的分散性和较小的颗粒尺寸,为催化降解苯胺提供更多的催化活性位点,而Ru/TiO2催化剂表面,贵金属发生团聚现象且颗粒尺寸大.X射线光电子能谱结果表明,Ce,Zr的掺杂使得TiO2表面活性氧和四价Ru的含量增加,更多的表面活性氧成为催化降解苯胺的直接原因.H2程序升温还原结果表明,在300-400 ℃处还原峰对应于催化剂载体晶格氧的还原,改性后,其还原峰增至2倍,即使在贫氧环境下,改性催化剂可以及时从载体中释放晶格氧,为催化降解苯胺提供更多的活性氧.

English

    1. [1] D. Posada, P. Betancourt, F. Liendo, J. L. Brito, Catal. Lett., 2006, 106, 81-88.

    2. [2] M. E. Suarez-Ojeda, A. Fabregat, F. Stuber, A. Fortuny, J. Carrera, J. Font, Chem. Eng. J., 2007, 132, 105-115.

    3. [3] S. Morales-Torres, A. M. T. Silva, F. J. Maldonado-Hódar, B. F. Ma-chado, A. F. Pérez-Cadenas, J. L. Faria, J. L. Figueiredo, F. Carras-co-Marín, Appl. Catal. B, 2011, 105, 86-94.

    4. [4] G. Ersǒz, S. Atalay, J. Environ. Manage., 2012, 113, 244-250.

    5. [5] M. Fujita, J. M. Lévêque, N. Komatsu, T. Kimura, Ultrason. Sono-chem., 2015, 27, 247-251.

    6. [6] F. Tisa, A. A. Abdul Raman, W. D. Wan Daud, J. Environ. Manage., 2014, 146, 260-275.

    7. [7] R. P. Rocha, J. Restivo, J. P. S. Sousa, J. J. M. Órfão, M. F. R. Pereira, J. L. Figueiredo, Catal. Today, 2015, 241, 73-79.

    8. [8] V. S. Mishra, V. V. Mahajani, J. B. Joshi, Ind. Eng. Chem. Res., 1995, 34, 2-48.

    9. [9] S. Shrestha, M. P. Harold, K. Kamasamudram, A. Kumar, L. Olsson, K. Leistner, Catal. Today, 2016, 267, 130-144.

    10. [10] O. P. Taran, A. B. Ayusheev, O. L. Ogorodnikova, I. P. Prosvirin, L. A. Isupova, V. N. Parmon, Appl. Catal. B, 2016, 180, 86-93.

    11. [11] J. Garcia, H. T. Gomes, P. Serp, P. Kalck, J. L. Figueiredo, J. L. Faria, Catal. Today, 2006, 102, 101-109.

    12. [12] P. Oulego, S. Collado, A. Laca, M. Díaz, Chem. Eng. J, 2017, 316, 813-822.

    13. [13] D. M. Fu, F. F. Zhang, L. Z. Wang, F. Yang, Xinmiao Liang, Chin. J. Catal., 2015, 36, 952-956.

    14. [14] H. Z. Ma, Q. F. Zhou, B. Wang, Environ. Sci. Technol., 2007, 41, 7491-7496.

    15. [15] S. X. Yang, X. Li, W. P. Zhu, J. B. Wang, C. Descorme, Carbon, 2008, 46, 445-452.

    16. [16] F. Schmit, L. Bois, F. Chassagneux, C. Descorme, Catal. Today, 2015, 258, 570-575.

    17. [17] J. B. Jr, L. Oliviero, B. Renard, D. Duprez, Top. Catal., 2005, 33, 77-86.

    18. [18] E. Castillejos-López, A. Maroto-Valiente, D. M. Nevskaia, V. Munōz, I. Rodríguez-Ramos, A. Guerrero-Ruiz, Catal. Today, 2009, 143, 355-363.

    19. [19] N. Grosjean, C. Descorme, M. Besson, Appl. Catal. B, 2010, 97, 276-283.

    20. [20] J. L. Fu, K. X. Yang, C. J. Ma, N. W. Zhang, H. J. Gai, J. B. Zheng, B. H. Chen, Appl. Catal. B, 2016, 184, 216-222.

    21. [21] M. A. L. Rocha, G. Del Ángel, G. Torres-Torres, A. Cervantes, A. Vazguez, A. Arrieta, J. N. Beltramini, Catal. Today, 2015, 250, 145-154.

    22. [22] X. Yang, W. B. Wang, L. P. Wu, X. J. Li, T. J. Wang, S. J. Liao, Appl. Catal. A, 2016, 526, 45-52.

    23. [23] G. Borah, P. Sharma, Indian J. Chem. A, 2011, 50A, 41-45.

    24. [24] J. H. Xu, X. Su, H. M. Duan, B. L. Hou, Q. Q. Lin, X. Y. Liu, X. L. Pan, G. X. Pei, H. R. Geng, Y. Q. Huang, T. Zhang, J. Catal., 2016, 333, 227-237.

    25. [25] K. X. Li, Z. X. Zeng, L. S. Yan, S. L. Luo, X. B. Luo, M. X. Huo, Y. H. Guo, Appl. Catal. B, 2015, 165, 428-437.

    26. [26] M. W. McQuire, C. H. Rochester, J. Catal., 1995, 157, 396-402.

    27. [27] T. N. Pham, D. Shi, T. Sooknoi, D. E. Resasco, J. Catal., 2012, 295, 169-178.

    28. [28] X. H. Lin, K. Yang, R. R. Si, X. Chen, W. X. Dai, X. Z. Fu, Appl. Catal. B, 2014, 147, 585-591.

    29. [29] S. Tada, R. Kikuchi, A. Takagaki, T. Sugawara, S. T. Oyama, S. Sato-kawa, Catal. Today, 2014, 232, 16-21.

    30. [30] Z. A. Huang, Q. Sun, K. L. Lv, Z. H. Zhang, M. Li, B. Li, Appl. Catal. B, 2015, 164, 420-427.

    31. [31] J. X. Lin, L. M. Zhang, Z. Q. Wang, J. Ni, R. Wang, K. M. Wei, J. Mol. Catal. A, 2013, 366, 375-379.

    32. [32] N. Li, Q. Y. Chen, L. F. Luo, W. X. Huang, M. F. Luo, G. S. Hu, J. Q. Lu, Appl. Catal. B, 2013, 142, 523-532.

    33. [33] Z. M. Liu, Y. N. Lu, L. Yuan, L. L. Ma, L. R. Zheng, J. Zhang, T. D. Hu, Appl. Catal. B, 2016, 188, 189-197.

    34. [34] F. Arena, C. Italiano, G. D. Ferrante, G. Trunfio, L. Spadaro, Appl. Catal. B, 2014, 144, 292-299.

    35. [35] D. M. Fu, F. F. Zhang, L. Z. Wang, F. Yang, X. M. Liang, Chin. J. Catal., 2015, 36, 952-956.

    36. [36] F. Arena, R. Di Chio, B. Gumin, L. Spadaro, G. Trunfio, Inorg. Chim. Acta, 2015, 431, 101-109.

    37. [37] N. Perkas, D. P. Minh, P. Gallezot, A. Gedanken, M. Besson, Appl. Catal. B, 2005, 59,121-130.

    38. [38] J. Barbier, L. Oliviero, B. Renard, D. Duprez, Catal. Today, 2002, 75, 29-34.

    39. [39] N. Li, C. Descorme, M. Besson, Catal. Commun., 2007, 8, 1815-1819.

    40. [40] J. E. Atwater, J. R. Akse, J. A. Mckinnis, J. O. Thompson, Chemo-sphere, 1997, 34, 203-212.

    41. [41] S. X. Yang, M. Besson, C. Descorme, Appl. Catal. B, 2015, 165, 1-9.

    42. [42] J. Mikulová, S. Rossignol, J. Barbier Jr, D. Duprez, C. Kappenstein, Catal. Today, 2007, 124, 185-190.

    43. [43] L. L. Bo, X. Quan, S. Chen, H. M. Zhao, Y. Z. Zhao, Water Res., 2006, 40, 3061-3068.

    44. [44] L. F. Liotta, M. Gruttadauria, G. D. Carlo, G. Perrini, V. Librando, J. Hazard. Mater., 2009, 162, 588-606.

    45. [45] H. T. Gomes, B. F. Machado, A. Ribeiro, I. Moreira, M. Rosario, A. M. T. Silva, J. L. Figueiredo, J. L. Faria, J. Hazard. Mater., 2008, 159, 420-426.

    46. [46] M. Martín-Hernández, J. Carrera, M. E. Suárez-Ojeda, M. Besson, C. Descorme, Appl. Catal. B, 2012, 123, 141-150.

    47. [47] L. Oliviero, H.Wahyu, J. Barbier, D. Duprez, J. W. Ponton, I. S. Metcalfe, D. Mantzavinos, Chem. Eng. Res. Des., 2003, 81, 384-392.

    48. [48] L. Zhao, J. Maa, Z. Z. Sun, Appl. Catal. B, 2008, 79, 244-253.

    49. [49] L. Oliviero, J. Barbier, D. Duprez, Appl. Catal. B, 2003, 40, 163-184.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  1362
  • HTML全文浏览量:  108
文章相关
  • 收稿日期:  2017-03-15
  • 修回日期:  2017-05-02
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章