金属磷酸盐负载型金催化剂催化一氧化碳氧化的抗硫性能及机制

一氧化碳（CO）的催化氧化是一个重要的环境污染控制过程，但实际体系中残余的二氧化硫易导致催化剂失活。鉴于化石燃料和垃圾等固体废弃物的燃烧在产生CO的同时也产生二氧化硫，研究CO氧化催化剂的抗硫性能及机制具有重要的现实意义。本课题拟结合新型催化剂的合成、表征、催化反应和机理研究等方面内容，探索以金属磷酸盐为载体负载的纳米金催化剂在催化CO氧化中的抗硫性能，明确不同磷酸盐载体对抗硫性能的影响，理清磷酸盐载体的表面酸碱性对硫物种的含量和吸附态的影响，为阐明催化剂活性位、反应机理和抗硫机制奠定基础。本项目对于拓展磷酸盐负载型金催化剂在环境污染物治理中的应用、探明载体的性质对抗硫性能的影响、开拓新型抗硫的CO氧化催化剂等方面具有重要的科学意义和应用价值。

一氧化碳（CO）可与NOx和VOCs形成光化学烟雾，且对人体有毒。CO的人为源为：1）煤燃烧；2）生产过程中的CO泄漏；3）机动车尾气排放；4）固体废弃物焚烧等。CO催化氧化是一个重要的环境污染控制过程。目前主要以过渡金属氧化物及其负载的贵金属催化剂脱除CO，但以金属磷酸盐为载体的催化剂报道很少。.我们以金属磷酸盐（磷酸镁、磷酸铝、羟基磷灰石、磷酸铁、磷酸钴、磷酸锌、磷酸镧）为载体负载金属（金、白金、铑、钌、钯等），制备新型负载型催化剂，研究了CO氧化和N2O分解。详细研究了载体种类、负载金属种类和量、制备方法、制备细节对催化性能的影响，使用了多种表征方法对催化剂进行了表征。发现：. ①磷酸盐负载的金催化剂中，Au/磷酸镧和Au/羟基磷灰石的CO氧化效果最好。使用磷酸镧纳米线为载体负载金能进一步提高活性，原因是该催化剂不但具有更小的金颗粒，而且具有少量一价金离子和更多的活性氧。但二氧化硫的共存对活性有抑制作用，原因是：CO2-TPD表明磷酸镧载体具有碱性，而二氧化硫作为一种酸性分子能吸附在碱性位上。. ②磷酸盐负载的白金催化剂CO氧化活性顺序为：Pt/羟基磷灰石 > Pt/磷酸钴 > Pt/磷酸铁 > Pt/磷酸镧> Pt/磷酸镁 > Pt/磷酸铝 > Pt/磷酸锌。最佳的Pt/羟基磷灰石不但有分散均匀的白金纳米颗粒，而且有明显多的羟基和碱性位，有助于促进CO氧化。. ③磷酸盐负载铑催化剂中，Rh/羟基磷灰石和Rh/磷酸镧对于CO氧化和N2O分解具有最佳活性。Rh/羟基磷灰石不但具有小的铑颗粒，而且存在着羟基和碱性位，有助于催化反应。催化剂的性能可以通过调变载体合成方法进一步调变。纳米棒载体有助于提高催化活性。. ④磷酸盐负载的钌催化剂对于CO氧化，活性顺序遵循Ru/羟基磷灰石 > Ru/磷酸镧 > Ru/磷酸镁 > Ru/磷酸钴 > Ru/磷酸铝 > Ru/磷酸锌 = Ru/磷酸铁。其N2O分解活性遵循类似规律。Ru/羟基磷灰石不但具有高度分散的铑物种，而且存在着羟基和碱性位，有助于催化反应。. 不但发现了能用于CO氧化的磷酸盐负载型催化剂，而且摸清了催化剂活性变化的规律，构建了物化性质和性能的关联。2012年至今在磷酸盐负载金属催化剂、CO氧化和金催化剂等方向，发表标注本自然科学基金号的论文12篇，另有3篇投稿。