Citation: Jiafeng Bao, Hao Chen, Shize Yang, Pengfei Zhang. Mechanochemical redox-based synthesis of highly porous CoxMn1-xOy catalysts for total oxidation[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(12): 1846-1854. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63635-X
基于机械化学的高比表面积CoxMn1-xOy催化剂合成及其VOCs燃烧研究
CoxMn1-xOy传统的合成方法是共沉淀法,溶胶-凝胶法和溶液氧化还原法等湿化学的工艺.从合成的角度来看,仍存在一些改善的空间.例如,溶液法合成过程中,金属前驱体必须是液体或可溶性固体原料;而且需要几个操作单元,包括金属前体的溶解和液-液混合.同时,钴锰物种的良好分散是合成高效催化剂的关键.由于液体环境下Co2+和Mn2+离子具有不同的平衡常数,利用共沉淀方法合成时,经常观察到钴和锰氧化物的局部分离.因此,开发一种有效的合成CoxMn1-xOy催化剂的方法非常重要.
最近,机械化学重新引起了人们的兴趣,已有大量文献报道用来合成多孔材料.本文提出了一种通过球磨法简单合成CoxMn1-xOy催化剂的机械化学氧化还原工艺.众所周知,在溶液中钴(II)盐与KMnO4进行氧化还原反应可以合成CoxMn1-xOy催化剂,但反应的进行程度取决于KMnO4浓度,这可能会影响CoxMn1-xOy内高价物种和孔道的形成.出乎意料的是,采用机械化学氧化还原法合成的CoxMn1-xOy催化剂的表面积高达479m2 g-1.
在丙烯的催化燃烧反应中,使用机械化学氧化还原法合成的CoxMn1-xOy时,丙烯在200℃时被完全氧化,远低于共沉淀法(450℃)和溶胶-凝胶法(400℃)合成的.此外,该催化剂还具有良好的抗水性(4.2% H2O,>65h)和抗硫性(20-100ppm SO2).同时,该催化剂可以扩展到其他VOCs底物的低温催化燃烧,如一氧化碳、甲烷、乙醇、丙酮、甲苯.此外,机械化学氧化还原法可放大制备催化剂.目前,实验室已经完成公斤级制备,有望替代传统方法.
-
关键词:
- 机械化学
- / 固相合成
- / 多孔金属氧化物
- / CoxMn1-xOy催化剂
- / 烃类燃烧
English
Mechanochemical redox-based synthesis of highly porous CoxMn1-xOy catalysts for total oxidation
-
-
[1] H. Xiong, M. H. Wiebenga, C. Carrillo, J. R. Gaudet, H. N. Pham, D. Kunwar, S. H. Oh, G. Qi, C. H. Kim, A. K. Datye, Appl. Catal. B, 2018, 236, 436-444.
-
[2] H. Wang, Z. Huang, Z. Jiang, Z. Jiang, Y. Zhang, Z. Zhang, W. Shangguan, ACS Catal., 2018, 8, 3164-3180.
-
[3] Z. Sihaib, F. Puleo, J. M. Garcia-Vargas, L. Retailleau, C. Descorme, L. F. Liotta, J. L. Valverde, S. Gil, A. Giroir-Fendler, Appl. Catal. B, 2017, 209, 689-700.
-
[4] H. Wang, C. Chen, Y. Zhang, L. Peng, S. Ma, T. Yang, H. Guo, Z. Zhang, D. S. Su, J. Zhang, Nat. Commun., 2015, 6, 7181.
-
[5] C. Yang, G. Miao, Y. Pi, Q. Xia, J. Wu, Z. Li, J. Xiao, Chem. Eng. J., 2019, 370, 1128-1153.
-
[6] O. R. Inderwildi, S. J. Jenkins, D. A. King, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 5253-5255.
-
[7] B. Yan, S. Huang, Q. Meng, Y. Shen, S. Wang, X. Ma, AlChE J., 2013, 59, 3797-3805.
-
[8] W. Wu, H. Jiang, Acc. Chem. Res., 2012, 45, 1736-1748.
-
[9] W. Lang, P. Laing, Y. Cheng, C. Hubbard, M. P. Harold, Appl. Catal. B, 2017, 218, 430-442.
-
[10] P. S. Dhillon, M. P. Harold, D. Wang, A. Kumar, S. Joshi, Catal. Today, 2019, 320, 20-29.
-
[11] C. H. Wu, C. Liu, D. Su, H. L. Xin, H.-T. Fang, B. Eren, S. Zhang, C. B. Murray, M. B. Salmeron, Nat. Catal., 2018, 2, 78-85.
-
[12] A. P. Unnarkat, T. Sridhar, H. Wang, S. Mahajani, A. K. Suresh, AIChE J., 2016, 62, 4384-4402.
-
[13] X. Chen, X. Chen, S. Cai, J. Chen, W. Xu, H. Jia, J. Chen, Chem. Eng. J., 2018, 334, 768-779.
-
[14] Z. X. Ding, X. F. Chen, M. Antonietti, X. C. Wang, ChemSusChem, 2011, 4, 274-281.
-
[15] A. Trovarelli, J. Llorca, ACS Catal., 2017, 7, 4716-4735.
-
[16] S. Todorova, J. L. Blin, A. Naydenov, B. Lebeau, H. Kolev, P. Gaudin, A. Dotzeva, R. Velinova, D. Filkova, I. Ivanova, L. Vidal, L. Michelin, L. Josien, K. Tenchev, Catal. Today, 2019, in press.
-
[17] J. G. Sung, T. Kim, H. K. Jung, H. Kim, J. S. Chung, AIChE J., 2018, 64, 940-949.
-
[18] X. Xie, Y. Li, Z. Q. Liu, M. Haruta, W. Shen, Nature, 2009, 458, 746-749.
-
[19] C. Dong, Z. Qu, Y. Qin, Q. Fu, H. Sun, X. Duan, ACS Catal., 2019, 9, 6698-6710.
-
[20] Z. P. Hao, L. B. Fen, G. Q. Lu, J. J. Liu, L. D. An, H. L. Wang, Appl. Catal. A, 2001, 213, 173-177.
-
[21] A. Zhou, J. Wang, H. Wang, H. Li, J. Wang, M. Shen, J. Rare Earths, 2018, 36, 257-264.
-
[22] B. Neumann, T. M. Gesing, A. Rednyk, V. Matolin, A. E. Gash, M. Baumer, J. Colloid Interface Sci., 2014, 422, 71-78.
-
[23] A. A. Javad-Zadeh, A. A. Mejidov, B. Yalchin, S. A. Agaeva, P. A. Fatullaeva, M. G. Abbasov, Chem. Probl., 2017, 59-66.
-
[24] X. Hu, L. Huang, J. Zhang, H. Li, K. Zha, L. Shi, D. Zhang, J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 2952-2963.
-
[25] C.-W. Tang, C.-B. Wang, S.-H. Chien, Thermochim. Acta, 2008, 473, 68-73.
-
[26] D. Feng, T.-N. Gao, M. Fan, A. Li, K. Li, T. Wang, Q. Huo, Z.-A. Qiao, NPG Asia Mater., 2018, 10, 800-809.
-
[27] V. Subramanian, H. Zhu, R. Vajtai, P. M. Ajayan, B. Wei, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 20207-20214.
-
[28] H. Hu, S. Cai, H. Li, L. Huang, L. Shi, D. Zhang, ACS Catal., 2015, 5, 6069-6077.
-
[29] S. C. Kim, W. G. Shim, Appl. Catal. B, 2010, 98, 180-185.
-
[30] W. B. Li, J. X. Wang, H. Gong, Catal. Today, 2009, 148, 81-87.
-
[31] M. V. Twigg, Catal. Today, 2006, 117, 407-418.
-
[32] A. J. Kean, R. A. Harley, D. Littlejohn, G. R. Kendall, Environ. Sci. Technol., 2000, 34, 3535-3539.
-
[33] K. Na, J. Environ. Manag., 2006, 81, 392-398.
-
[34] I. Kalaitzidou, T. Cavoué, A. Boreave, L. Burel, F. Gaillard, L. Retailleau-Mevel, E. A. Baranova, M. Rieu, J. P. Viricelle, D. Horwat, P. Vernoux, Catal. Commun., 2018, 104, 28-31.
-
[35] D. Hirabayashi, T. Yoshikawa, K. Mochizuki, K. Suzuki, Y. Sakai, Catal. Lett., 2006, 110, 155-160.
-
[36] M. S. Avila, C. I. Vignatti, C. R. Apesteguía, T. F. Garetto, Chem. Eng. J., 2014, 241, 52-59.
-
[37] D. Pagani, D. Livio, A. Donazzi, M. Maestri, A. Beretta, G. Groppi, P. Forzatti, Ind. Eng. Chem. Res., 2013, 53, 1804-1815.
-
[38] M. Skaf, S. Aouad, S. Hany, R. Cousin, E. Abi-Aad, A. Aboukaïs, J. Catal., 2014, 320, 137-146.
-
[39] D. Chatterjee, O. Deutschmann, J. Warnatz, Faraday Discuss., 2001, 119, 371-384.
-
[40] Y. Osaka, T. Kito, N. Kobayashi, S. Kurahara, H. Huang, H. Yuan, Z. He, Sep. Purif. Technol., 2015, 150, 80-85.
-
[41] I. A. Reşitoğlu, K. Altinişik, A. Keskin, Clean Technol. Environ. Policy, 2014, 17, 15-27.
-
[42] P. Karjalainen, L. Pirjola, J. Heikkilä, T. Lähde, T. Tzamkiozis, L. Ntziachristos, J. Keskinen, T. Rönkkö, Atmos. Environ., 2014, 97, 262-270.
-
计量
- PDF下载量: 40
- 文章访问数: 2752
- HTML全文浏览量: 281