双活性位铈基催化剂在CVOCs催化燃烧反应中的研究.pdf

摘要

含氯挥发性有机物（CVOCs）不仅对臭氧（O）和二次气溶胶（SOA）的形成

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起到了关键的前体作用，而且还能引发光化学烟雾和臭氧层空洞等一系列严重的大

气环境问题，严重威胁着人类的生存环境和健康。在众多治理CVOCs的方法中，催

化燃烧技术被认为是最有效之一。然而，催化剂在反应过程中可能会遭受氯中毒或

产生更具毒性的多氯副产物，这使得如何有效提升催化剂在CVOCs低温燃烧过程中

的选择性、活性以及抗氯中毒的稳定性成为当前面临的最大挑战。本研究采用硫酸

盐和金属氧化物TiO对CeO载体表面进行改性，旨在调控催化剂的表面酸性和氧化

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还原性能。我们重点探讨了CeO2载体表面改性剂的负载量与铈基催化剂催化燃烧氯

苯性能之间的关系，并通过多种技术手段对催化剂的结构、组成、氧化还原性和表

面酸性进行了深入分析。通过实验结果和理论计算，我们进一步探讨了铈基催化剂

中氧化还原位和表面酸性位的双活性协同抗Cl中毒的机制，并取得了以下研究结果：

（1）考察表面硫酸盐含量与硫酸化CeO催化性能之间的关系。采用(NH)SO

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浸渍CeO2进行硫酸化处理，通过控制表面硫酸盐的含量，可有效调节CeO2催化剂

的表面酸性和氧化还原性，显著提高催化活性和抗Cl中毒能力。硫酸盐含量对硫酸

化CeO2的催化性能有显著影响。通过表征结果表明，硫酸化CeO2可形成表面硫酸

盐和体相硫酸盐，体相硫酸盐抑制催化活性。(NH)SO的负载量小于0.25mmol/g

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时，硫酸盐未完全覆盖CeO表面；而当(NH)SO的负载量超过0.4mmol/g时，

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CeO2表面被硫酸盐完全覆盖。这表明在CVOCs催化燃烧中，CeO2负载型催化剂表

面存在一部分被负载物覆盖，提供丰富的酸性位点；另一部分裸露出来，暴露出更

多的氧化还原活性位点，具有最佳的催化性能。硫酸化处理增加了表面酸性位点数

量和强度，特别是Brönsted酸的浓度。同时，硫酸化也抑制了CeO2的氧化还原性能、

吸附和活化O2能力。通过DFT计算表明硫酸化CeO2催化剂增强了Cl在CeO2上的

化学吸附，这也有效阻止了Ce离子与Cl离子的相互作用，防止催化剂中毒，促进

了Cl的氧化吸附和去除。因此，硫酸化CeO2催化剂表面酸位和氧化还原位协同催

化燃烧CVOCs。

（2）采用浸渍法制备了一系列不同含量的金属氧化物TiO2负载在CeO2表面用

于氯苯催化燃烧，详细研究了TiO负载量对TiO/CeO催化剂催化性能的影响规律。

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采用XPS外推法计算了TiO2在CeO2表面上的分散容量，其值为1.20mmol/100m

CeO2表面，相当于TiO2在CeO2表面上的负载量为5.5wt.%，与嵌入模型理论计算

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值1.22mmol/100m基本相同。Raman、H-TPR、XRD测试结果进一步证实了TiO

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在CeO表面上存在分散容量。通过一系列表征表明，达到分散容量的TiO/