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  N₂O是一种重要的温室气体，其增温潜能是CO₂的310倍，寿命长达120年，还对大气臭氧层有严重的破坏作用。硝酸、己二酸生产是N₂O的主要排放源。在催化剂作用下，把N₂O分解成对环境无毒无害的N₂和O₂，是消除N₂O的有效方法。文献^[1-4]报道，N₂O催化分解遵循氧化-还原机理，所以N₂O分解催化剂必须含有可变价的金属离子。研究较多的催化剂有过渡金属氧化物^[5-9]、负载型贵金属^[10-13]、离子交换分子筛^[14-16]，其中，Co₃O₄尖晶石型氧化物是近年来研究较多的催化剂。为了提高催化剂活性，制备了钴系复合氧化物，用于催化分解N₂O。Yan等^{[17, 18]}用Mg²⁺、Zn²⁺分别取代Co₃O₄中的部分Co²⁺，制得Mg_xCo_1-xCo₂O₄、Zn_xCo_1-xCo₂O₄复合氧化物。也有文献制备了两种金属离子均可变价的钴系复合氧化物，Abu-Zied等^[19]在Co₃O₄中加入Ni组分，制备Ni_xCo_1-xCo₂O₄催化剂，Maniak等^[20]用Fe取代Co₃O₄中的Co制得Fe_xCo_3-xO₄催化剂。在前期工作中，本课题组^{[21, 22]}用Cu²⁺、Mn²⁺分别取代Co₃O₄中部分Co，制得了Cu_xCo_3-xO₄、Mn_xCo_3-xO₄复合氧化物，用于催化分解N₂O。文献^{[2, 3, 21, 22]}报道，过渡金属氧化物表面负载少量碱金属助剂，可增加过渡金属粒子周围的电子云密度，降低其电子结合能，增强活性组分的还原能力和催化性能。

  Mg-Co复合氧化物催化分解N₂O的研究已有报道^[23]，催化剂多用共沉淀法制备。相比较而言，溶胶-凝胶法制备过程简单，催化剂组成易重复。本研究用溶胶-凝胶法制备了不同组成的Mg-Co复合氧化物，再引入锰元素制备了Mg-Mn-Co三元复合氧化物，表面浸渍K₂CO₃溶液，制备K改性催化剂，用于催化分解N₂O，考察了催化剂组成和助剂用量对催化活性的影响，并考察了有水条件下催化剂的稳定性。

  1   实验部分

  1.1   催化剂的制备

  1.2   N₂O分解反应

  N₂O分解反应在固定式反应器中进行，有氧条件下反应气组成为2%N₂O+4%O₂+Ar(体积分数)。有氧有水条件下反应气组成为2%N₂O+4%O₂+8%H₂O+Ar，总流量140mL/min。催化剂用量为1g，程序控温仪控制反应温度，反应尾气经六通阀进样，用GC-920型气相色谱仪(桥电流120mA，载气H₂，固定相 Porapak Q，TCD检测器)检测N₂O的剩余浓度。

  催化剂的初活性测试： 程序升温，每个温度点恒温反应30min，测试N₂O剩余浓度，计算N₂O转化率。

  催化剂的稳定性测试： 以10℃/min从室温程序升温到400℃，恒温反应50h，测定不同时刻N₂O的剩余浓度，计算转化率。

  1.3   催化剂的表征

  1.1.2   Mg-Mn-Co复合氧化物

  以Mg(NO₃)₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O、50%的Mn(NO₃)₂溶液为原料，配置总金属离子浓度为1mol/L的混合盐溶液，剧烈搅拌下缓慢滴加1mol/L柠檬酸溶液(柠檬酸与总金属离子的物质的量比为1∶1)，用2.5%稀氨水调节溶液的pH值至2，搅拌30min，将母液在65℃旋转蒸发至透明胶状，水浴中静置2h，120℃干燥12h，600℃焙烧4h，制得Mg-Mn-Co系列催化剂，记为MgMn_yCo_2-yO₄，其中，y取值0.2、0.4、0.6、0.8、1。

  1.1.1   Mg-Co复合氧化物

  按预定组成，配制金属离子总浓度为1mol/L的Mg(NO₃)₂和Co(NO₃)₂混合溶液，在25℃水浴中剧烈搅拌，逐滴加入1mol/L柠檬酸溶液(柠檬酸与总金属离子的物质的量比控制在1∶1)，并滴加2.5%(质量分数)稀氨水调节pH值至2，继续搅拌30min。将上述溶液在65℃水浴中旋转蒸发至透明胶状，65℃水浴中静置2h，然后120℃干燥12h，600℃焙烧4h，得到Mg_xCo_3-xO₄(x=0.2、0.4、0.6、0.8、1)系列的催化剂。

  1.1.3   K改性MgMn_0.2Co_1.8O₄

  先制备MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂。按不同K/(Mn+Co)物质的量比，配制要求浓度的K₂CO₃溶液，在室温下等体积浸渍MgMn_0.2Co_1.8O₄样品各24h，120℃干燥12h，600℃焙烧4h，制得K改性催化剂，记为zK/MgMn_0.2Co_1.8O₄，其中，z为K/(Mn+Co)物质的量比。

  1.3.4   O₂程序升温脱附

  测试仪器为北京彼奥德公司生产的PCA-1200型化学吸附仪，样品用量约100mg。测试前对样品进行预处理：在O₂中从室温升至120℃(升温速率10℃/min)，恒温吸附30min，然后冷却至室温。关闭O₂，打开He，待基线平稳后，程序升温至900℃(升温速率10℃/min)，TCD检测器记录脱氧信息。

  1.3.5   形貌分析

  测试仪器为日本Hitachi公司生产的S-4800型扫描电镜。为增加样品的导电性，测试前用E-1045型离子溅射仪(Hitachi公司生产)对样品表面进行喷Pt处理。

  1.3.2   比表面积测定

  测试仪器为美国Quantachrome公司生产的NOVA3000型自动吸附仪，测试前样品先经300℃减压处理2h，除去表面吸附的杂质。N₂为吸附气，液氮温度下吸附，室温脱附，用BET公式计算催化剂的比表面积。

  1.3.1   物相分析

  测试仪器为日本岛津XRD-6100型X射线衍射仪，Cu Kα射线，石墨单色器，管电压、管电流分别为40kV和30mA。闪烁计数器记录衍射强度。根据尖晶石(311)晶面的衍射数据，用Scherrer方程计算催化剂的晶粒粒径：

  式中，K为Scherrer常数，取值0.89；β为(311)晶面衍射峰的半高宽度，θ是(311)晶面对应的衍射角。

  1.3.3   H₂程序升温还原

  测试仪器为北京彼奥德公司生产的PCA-1200型化学吸附仪，样品用量约80mg。测试前对样品进行预处理：在Ar中从室温升至500℃(升温速率10℃/min)，恒温吹扫30min，然后冷却至室温。关闭Ar，打开10% H₂/Ar还原气，流量为20mL/min，程序升温至900℃(升温速率10℃/min)，TCD检测器记录耗氢信息。

  2   结果与讨论

  2.1   Mg_xCo_3-xO₄复合氧化物的结构表征与催化活性

  图 1为不同组成Mg-Co复合氧化物的XRD谱图，由图 1可知，各催化剂均呈现出尖晶石 (220)、(311)、(440)、(511)等晶面的特征衍射峰，说明Mg-Co复合氧化物的晶相结构均为尖晶石型。但随着Mg含量的增多，Mg_0.4Co_2.6O₄、Mg_0.6Co_2.4O₄、Mg_0.8Co_2.2O₄、MgCo₂O₄中出现了MgO杂相，这是因为催化剂制备时加入了柠檬酸，焙烧过程中有机胶凝剂的还原作用致使低价态Co²⁺增多，按尖晶石的AB₂O₄型结构，部分二价离子(Mg²⁺)不能进入尖晶石晶格而成为自由相。

  图 1  Mg-Co复合氧化物的XRD谱图 Figure 1.  XRD patterns of Mg-Co composite oxides with different compositions

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  图 2为Mg-Co复合氧化物上N₂O转化率数据，由图 2可以看出，加入适量Mg提高了催化剂活性，其中，MgCo₂O₄活性较高，这与其较大的比表面积和较小的晶粒粒径相关(见表 1)。文献^{[24, 25]}报道：N₂O分解过程中，N₂O首先吸附在催化剂表面活性位(^*)上，裂解生成吸附态氧原子O^*和产物N₂，活性氧原子O^*相互反应生成O₂，从催化剂表面脱附下来(慢步骤)，所以活性较高的催化剂应具有较好的氧脱除能力。

  图 2  Mg-Co复合氧化物上的N₂O转化率 Figure 2.  N₂O conversions over Mg-Co composite oxides with different compositions

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  表 1  Mg-Co复合氧化物的晶粒粒径和比表面积 Table 1.  Crystallite size and BET surface area of Mg-Co composite oxides

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  Catalyst Crystallite size
  d/nm^a BET surface area
  A/(m²·g^-1) Co₃O₄ 113.4 4.0 MgCo₂O₄ 58.8 20.1

  Mg0.2Co2.8O4	85.0	8.4
  Mg0.4Co2.6O4	66.1	13.0
  Mg0.6Co2.4O4	104.4	18.8
  Mg0.8Co2.2O4	74.1	16.8
  acalculated by Scherrer equation on the basis of (311) crystallographic plane data in XRD patterns

  表 1  Mg-Co复合氧化物的晶粒粒径和比表面积
  Table 1.  Crystallite size and BET surface area of Mg-Co composite oxides

  图 3为催化剂的H₂-TPR谱图。由图 3可知，Co₃O₄的H₂-TPR谱图中，250-400→℃的低温还原峰、400-600→℃的高温还原峰分别归属于Co³⁺→Co²⁺和Co²⁺→Co⁰。根据Co₃O₄的组成，Co³⁺→Co²⁺与Co²⁺→Co⁰的理论耗氢量之比应为1∶3，这与图 3a谱线的两个峰面积之比基本一致^[26]。与Co₃O₄相比，Mg-Co复合催化剂的低温还原峰(Co³⁺→Co²⁺)向低温区偏移，而高温还原峰(Co²⁺→Co⁰)发生了拖尾(结束温度有所升高)。相比较而言，MgCo₂O₄的Co³⁺→Co²⁺还原温度低于其他Mg-Co催化剂，说明其还原(氧脱除)能力较强，因而有较高的催化活性。

  图 3  Mg-Co复合氧化物的H₂-TPR谱图 Figure 3.  H₂-TPR profiles of Mg-Co composite oxides with different compositions

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  图 4为Mg-Co复合氧化物的O₂-TPD谱图，由图 4可知，与Mg_0.2Co_2.8O₄相比，Mg_0.4Co_2.6O₄、Mg_0.6Co_2.4O₄、Mg_0.8Co_2.2O₄、MgCo₂O₄的氧脱附峰向低温区偏移，其中，MgCo₂O₄的氧脱附量较大，说明其表面吸氧量多、与氧物种的相互作用又较弱(吸附氧易脱除)，这与MgCo₂O₄较高的催化活性正相关。

  图 4  Mg-Co复合氧化物的O₂-TPD谱图 Figure 4.  O₂-TPD profiles of Mg-Co composite oxides with different compositions

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  2.2   MgMn_yCo_2-yO₄复合氧化物的结构表征与催化活性

  总结以上结果，组成为MgCo₂O₄的催化剂活性较高。为了进一步提高催化活性，用Mn取代MgCo₂O₄中部分Co元素，制备了MgMn_yCo_2-yO₄催化剂。

  图 5为Mg-Mn-Co复合氧化物的XRD谱图。由图 5可知，除了尖晶石物相，Mn含量较低的MgCo₂O₄、MgMn_0.2Co_1.8O₄、MgMn_0.4Co_1.6O₄还出现了MgO杂相。随着Mn含量的增多，MgO物相峰减弱，MgMn_0.6Co_1.4O₄、MgMn_0.8Co_1.2O₄、MgMnCoO₄中MgO物相已完全消失，这可能因为锰离子比钴离子更易呈现高价态，使得二价Mg²⁺离子全部进入了尖晶石晶格。

  图 5  Mg-Mn-Co复合氧化物的XRD谱图 Figure 5.  XRD patterns of Mg-Mn-Co composite oxides with different compositions

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  表 2为Mg-Mn-Co复合氧化物的晶粒粒径和比表面积测试数据，与MgCo₂O₄相比，三元催化剂的晶粒粒径有所减小、比表面积增大。SEM照片(图 6)也表明，Mg-Mn-Co催化剂颗粒粒径明显小于MgCo₂O₄。

  表 2  Mg-Mn-Co复合氧化物的晶粒粒径和比表面积 Table 2.  Crystallite size and BET Surface area of Mg-Mn-Co composite oxides

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  Catalyst Crystallite size
  d/nm^a BET surface area
  A/(m²·g^-1) MgCo₂O₄ 58.8 20.1 MgMnCoO₄ 11.9 73.3

  MgMn0.2Co1.8O4	17.6	75.0
  MgMn0.4Co1.6O4	7.8	77.7
  MgMn0.6Co1.4O4	8.6	81.0
  MgMn0.8Co1.2O4	16.0	72.4
  a calculated by Scherrer equation on the basis of (311) crystallographic plane data in XRD patterns

  表 2  Mg-Mn-Co复合氧化物的晶粒粒径和比表面积
  Table 2.  Crystallite size and BET Surface area of Mg-Mn-Co composite oxides
  图 6  Mg-Mn-Co复合氧化物的SEM照片 Figure 6.  SEM images of Mg-Mn-Co composite oxides with different compositions

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  图 7为Mg-Mn-Co复合氧化物上的N₂O转化率。由图 7可知，适量Mn的加入提高了催化剂活性，其中，MgMn_0.2Co_1.8O₄的催化活性最高。

  图 7  Mg-Mn-Co复合氧化物的催化活性 Figure 7.  N₂O conversions over Mg-Mn-Co composite oxides with different compositions

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  图 8为Mg-Mn-Co复合氧化物的H₂-TPR谱图。由图 8可知，MgCo₂O₄催化剂中，250-390℃的低温还原峰归属于Co³⁺→Co²⁺，400-600℃的高温还原峰归属于Co²⁺→Co⁰。对于Mg-Mn-Co复合氧化物，其低温还原峰(250-450℃)归属于Co³⁺→Co²⁺和Mn₂O₃(或Mn₃O₄)→MnO，峰型比Mg-Co催化剂宽的多，应与MnO_x的还原有关。研究对比可以发现，MgMn_0.2Co_1.8O₄的低温还原峰温比MgCo₂O₄明显前移，MgMn_0.4Co_1.6O₄和MgMn_0.6Co_1.4O₄的低温还原峰温与MgCo₂O₄相近，而MgMn_0.8Co_1.2O₄、MgMnCoO₄的低温还原峰温又发生了后移。根据以上数据，可以认为MgMn_0.2Co_1.8O₄较高的催化活性与其较易还原(脱除氧)的性质有关。

  图 8  Mg-Mn-Co复合氧化物的H₂-TPR谱图 Figure 8.  H₂-TPR profiles of Mg-Mn-Co composite oxides with different compositions

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  图 9为Mg-Mn-Co复合氧化物的O₂-TPD谱图。为了与催化剂的反应温度相对应，我们截取了100-500℃的O₂-TPD谱图进行研究。将较低(低于200℃)和较高温度(300-350℃)区间的脱附氧分别归属为催化剂表面弱、强吸附的氧物种^{[27, 28]}。与MgCo₂O₄相比，Mg-Mn-Co复合氧化物的低温脱附峰向低温区偏移，说明其表面氧易脱除。对比不同组成的Mg-Mn-Co复合氧化物，MgMn_0.2Co_1.8O₄的表面氧易脱除、且氧脱附量较大，有较高的催化活性。

  图 9  Mg-Mn-Co复合氧化物的O₂-TPD谱图 Figure 9.  O₂-TPD profiles of Mg-Mn-Co composite oxides with different compositions

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  2.3   K改性Mg-Mn-Co催化剂的结构表征与催化活性

  综合以上结果，组成为MgMn_0.2Co_1.8O₄的催化剂具有较高的催化活性。为了进一步提高催化活性，在其表面浸渍K₂CO₃溶液，制备K改性催化剂。

  XRD测试结果表明，载K催化剂均为尖晶石晶型。表 3为催化剂的晶粒粒径和比表面积数据，与MgMn_0.2Co_1.8O₄(75.0m²/g)相比，K改性催化剂的晶粒粒径较大、比表面积有所减小。SEM照片(图 10)表明，0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂呈片状，颗粒粒径明显大于未改性催化剂。

  表 3  K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的晶粒粒径和比表面积 Table 3.  Crystallite size and BET surface area of K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ catalysts

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  Catalyst Crystallite size
  d/nm^a BET surface area
  A/(m²·g^-1) MgMn_0.2Co_1.8O₄ 17.6 75.0 0.05K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ 27.0 44.9

  0.01K/MgMn0.2Co1.8O4	21.2	60.8
  0.02K/MgMn0.2Co1.8O4	33.6	54.6
  0.03K/MgMn0.2Co1.8O4	25.4	45.7
  0.04K/MgMn0.2Co1.8O4	24.7	56.8
  a calculated by Scherrer equation on the basis of (311) crystallographic plane data in XRD patterns

  表 3  K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的晶粒粒径和比表面积
  Table 3.  Crystallite size and BET surface area of K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ catalysts
  图 10  K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的SEM照片 Figure 10.  SEM images of K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ catalysts

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  图 11为K改性催化剂上的N₂O转化率。由图 11可知，K改性催化剂上N₂O在450℃时全分解，K改性催化剂活性显著优于未改性催化剂。尤其0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄的催化活性更高，375℃反应N₂O已完全转化。

  图 11  K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的催化活性 Figure 11.  N₂O conversions over K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ catalysts

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  图 12为K改性催化剂的H₂-TPR谱图，各催化剂在250-400℃的低温还原峰归属于Co³⁺→Co²⁺和Mn₂O₃(或Mn₃O₄)→MnO，400-800℃的高温还原峰归属于Co²⁺→Co⁰。与MgMn_0.2Co_1.8O₄相比，K改性催化剂的低温还原峰向低温偏移，说明其还原反应容易进行，氧脱除能力较强，因而有较高的催化活性。

  图 12  K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的H₂-TPR谱图 Figure 12.  H₂-TPR profiles of K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ catalysts

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  2.4   有氧有水条件下0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的稳定性

  以上实验在有氧条件下优化出了活性较高的0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂，下面在有氧有水条件下测试催化剂的稳定性。图 13为不同气氛中0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的稳定性。

  图 13  不同气氛中0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ 催化剂的稳定性 Figure 13.  Catalytic stability of 0.02 K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ for N₂O decomposition at 400℃ under various atmospheres

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  由图 13可知，有氧条件下400℃连续反应50h，未改性和K改性催化剂均有较好的稳定性，N₂O转化率分别保持64%、97%。而有氧有水条件下，400℃连续反应50h，未改性和K改性催化剂上的N₂O转化率分别降至23%、60%，水汽的存在明显降低了催化剂的活性，这可能因为水在催化剂表面活性位上优先吸附，阻止了N₂O的吸附活化。相比较而言，K改性催化剂优于未改性催化剂。

  对0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂进行了有水-无水交替实验,具体见图 14。由图 14可知，发现有水反应后再进行无水实验，N₂O转化率有所下降，但下降幅度不大，催化剂稳定性较好。

  图 14  0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂无水-有水交替反应的催化活性 Figure 14.  Catalytic activity of 0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ for N₂O decomposition at 400℃ under oxygen-only or oxygen-steam atmospheres

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  3   结 论

  用Mg取代Co₃O₄中部分Co制备的Mg-Co复合氧化物，提高了催化剂的比表面积和催化活性，其中,组成为MgCo₂O₄的催化剂活性较高。

  在MgCo₂O₄基础上，用Mn取代部分Co制备Mg-Mn-Co三元复合氧化物，优化出了活性较高的MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂。

  在MgMn_0.2Co_1.8O₄表面浸渍K₂CO₃溶液，制备了K改性催化剂。活性较高的催化剂是0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄，有氧无水、有氧有水条件下400℃连续反应50h，N₂O转化率分别保持97%和60%。有水-无水交替实验表明，有水反应后再进行无水反应，0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的稳定性较好。

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  图 1  Mg-Co复合氧化物的XRD谱图

  Figure 1  XRD patterns of Mg-Co composite oxides with different compositions

  a: Co₃O₄; b: Mg_0.2Co_2.8O₄; c: Mg_0.4Co_2.6O₄; d: Mg_0.6Co_2.4O₄; e: Mg_0.8Co_2.2O₄; f: MgCo₂O₄

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  图 2  Mg-Co复合氧化物上的N₂O转化率

  Figure 2  N₂O conversions over Mg-Co composite oxides with different compositions

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  图 3  Mg-Co复合氧化物的H₂-TPR谱图

  Figure 3  H₂-TPR profiles of Mg-Co composite oxides with different compositions

  a: Co₃O₄; b: Mg_0.2Co_2.8O₄; c: Mg_0.4Co_2.6O₄; d: Mg_0.6Co_2.4O₄; e: Mg_0.8Co_2.2O₄; f: MgCo₂O₄

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  图 4  Mg-Co复合氧化物的O₂-TPD谱图

  Figure 4  O₂-TPD profiles of Mg-Co composite oxides with different compositions

  a: Mg_0.2Co_2.8O₄; b: Mg_0.4Co_2.6O₄; c: Mg_0.6Co_2.4O₄; d: Mg_0.8Co_2.2O₄; e: MgCo₂O₄

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  图 5  Mg-Mn-Co复合氧化物的XRD谱图

  Figure 5  XRD patterns of Mg-Mn-Co composite oxides with different compositions

  a: MgCo₂O₄; b: MgMn_0.2Co_1.8O₄; c: MgMn_0.4Co_1.6O₄; d: MgMn_0.6Co_1.4O₄; e: MgMn_0.8Co_1.2O₄; f: MgMnCoO₄

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  图 6  Mg-Mn-Co复合氧化物的SEM照片

  Figure 6  SEM images of Mg-Mn-Co composite oxides with different compositions

  (a): MgCo₂O₄; (b): MgMn_0.2Co_1.8O₄; (c): MgMn_0.6Co_1.4O₄; (d): MgMnCoO₄

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  图 7  Mg-Mn-Co复合氧化物的催化活性

  Figure 7  N₂O conversions over Mg-Mn-Co composite oxides with different compositions

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  图 8  Mg-Mn-Co复合氧化物的H₂-TPR谱图

  Figure 8  H₂-TPR profiles of Mg-Mn-Co composite oxides with different compositions

  a: MgCo₂O₄; b: MgMn_0.2Co_1.8O₄; c: MgMn_0.4Co_1.6O₄; d: MgMn_0.6Co_1.4O₄; e: MgMn_0.8Co_1.2O ₄; f: MgMnCoO₄

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  图 9  Mg-Mn-Co复合氧化物的O₂-TPD谱图

  Figure 9  O₂-TPD profiles of Mg-Mn-Co composite oxides with different compositions

  a: MgCo₂O₄; b: MgMn_0.2Co_1.8O₄; c: MgMn_0.4Co_1.6O₄; d: MgMn_0.6Co_1.4O₄; e: MgMn_0.8Co_1.2O ₄; f: MgMnCoO₄

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  图 10  K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的SEM照片

  Figure 10  SEM images of K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ catalysts

  (a): MgMn_0.2Co_1.8O₄; (b): 0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄

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  图 11  K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的催化活性

  Figure 11  N₂O conversions over K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ catalysts

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  图 12  K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的H₂-TPR谱图

  Figure 12  H₂-TPR profiles of K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ catalysts

  a: MgMn_0.2Co_1.8O₄; b: 0.01K/MgMn_0.2Co_1.8O₄; c: 0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄; d: 0.03K/MgMn_0.2Co_1.8O₄; e: 0.04K/MgMn_0.2Co_1.8O₄; f: 0.05K/MgMn_0.2Co_1.8O₄

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  图 13  不同气氛中0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ 催化剂的稳定性

  Figure 13  Catalytic stability of 0.02 K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ for N₂O decomposition at 400℃ under various atmospheres

  ■： MgMn_0.2Co_1.8O₄ (O₂); ●：MgMn_0.2Co_1.8O₄(O₂+H₂O);▲： 0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄(O₂); ▼： 0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄(O₂+H₂O)

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  图 14  0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂无水-有水交替反应的催化活性

  Figure 14  Catalytic activity of 0.02K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ for N₂O decomposition at 400℃ under oxygen-only or oxygen-steam atmospheres

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  表 1  Mg-Co复合氧化物的晶粒粒径和比表面积

  Table 1.  Crystallite size and BET surface area of Mg-Co composite oxides

  Catalyst Crystallite size
  d/nm^a BET surface area
  A/(m²·g^-1) Co₃O₄ 113.4 4.0 MgCo₂O₄ 58.8 20.1

  Mg0.2Co2.8O4	85.0	8.4
  Mg0.4Co2.6O4	66.1	13.0
  Mg0.6Co2.4O4	104.4	18.8
  Mg0.8Co2.2O4	74.1	16.8
  acalculated by Scherrer equation on the basis of (311) crystallographic plane data in XRD patterns

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  表 2  Mg-Mn-Co复合氧化物的晶粒粒径和比表面积

  Table 2.  Crystallite size and BET Surface area of Mg-Mn-Co composite oxides

  Catalyst Crystallite size
  d/nm^a BET surface area
  A/(m²·g^-1) MgCo₂O₄ 58.8 20.1 MgMnCoO₄ 11.9 73.3

  MgMn0.2Co1.8O4	17.6	75.0
  MgMn0.4Co1.6O4	7.8	77.7
  MgMn0.6Co1.4O4	8.6	81.0
  MgMn0.8Co1.2O4	16.0	72.4
  a calculated by Scherrer equation on the basis of (311) crystallographic plane data in XRD patterns

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  表 3  K/MgMn_0.2Co_1.8O₄催化剂的晶粒粒径和比表面积

  Table 3.  Crystallite size and BET surface area of K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ catalysts

  Catalyst Crystallite size
  d/nm^a BET surface area
  A/(m²·g^-1) MgMn_0.2Co_1.8O₄ 17.6 75.0 0.05K/MgMn_0.2Co_1.8O₄ 27.0 44.9

  0.01K/MgMn0.2Co1.8O4	21.2	60.8
  0.02K/MgMn0.2Co1.8O4	33.6	54.6
  0.03K/MgMn0.2Co1.8O4	25.4	45.7
  0.04K/MgMn0.2Co1.8O4	24.7	56.8
  a calculated by Scherrer equation on the basis of (311) crystallographic plane data in XRD patterns

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