1、 毕业设计开题报告 化学工程与工艺 Ni CeO2 催化剂的 VOC 催化燃烧性能研究 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 挥发性有机化合物 (Volatile Organic Compounds ,简称 VOCs) 是指沸点 50260 ,室温下饱和蒸气压超过 133. 3 Pa 的易挥发性有机化合物 ,包括烃类、卤代烃、芳香烃、多环芳香烃等。主要来自石油化工、制药、印刷、喷漆、机动车、制鞋等行业排放废气中的主要污染物。该类有机物废气是有害人体健康的污染物质 ,常伴随着异味、恶臭散发在空气中 ,对人的眼、鼻、呼 吸道有刺激作用 ,对心、肺、肝等内脏及神经系统产生有害影响 ,
2、 甚至造成急性和慢性中毒 ,可致癌、致突变。而且会与大气中的 NO2 反应生成 O3 ,使低空大气中 O3 浓度升高 ,形成光化学烟雾 ,危害人体健康和导致农作物减产，必须进行净化处理。 VOCs 的处理技术主要是焚烧，焚烧处理的方式有直接燃烧和催化燃烧两种。催化燃烧法去除 VOCs 效率高，操作简单，是一种安全有效的方法。 VOCs 催化燃烧技术则是近几年来逐步由实验阶段走向工程实践的一种全新的处理方法之一 ,为了加快该技术的推广应用 ,将对催化燃烧技术处理有机废气 的基本原理、特点以及催化剂、燃烧动力学、工艺流程和应用等研究进展进行综述。 目前国内外催化燃烧法所用的催化剂主要有以下几个系列
3、：贵金属型催化剂，由贵金属制成，如 Pt、 Pd、 Rh 等，此类催化剂催化活性好，但价格昂贵，来源短缺，推广应用受到限制；过渡金属氧化物型催化剂，有铜、锰、铬等的金属氧化物，这类催化剂价格较低，但其活性亦低，需加以改进以提高活性；复合氧化物催化剂，如 Cu-Mn 、 Cu-Co、等，该类催化剂在一定条件下，可以达到贵金属催化剂的催化效果，且容易得到，是催化领域研究的热点，许多高性能的复合氧化 物催化剂正在研究开发。不过还是很多人把重点放在过渡金属氧化物催化剂上。因为器价格较低，且容易得到，只要研究改进之后就能提高其活性，所以很有研究价值。 稀土是中国最丰富的战略资源，它是很多高精尖产业所必不
4、可少原料，中国有不少战略资源如铁矿等贫乏，但稀土资源却非常丰富。在当前，资源是一个国家的宝贵财富，也是发展中国家维护自身权益，对抗大国强权的重要武器。铈是储量最丰富的稀土元素，见于独居石砂【 Ce(PO4)】等许多矿物中。就是因为稀土资源丰富，所以近年来，我们的过渡金属氧化物催化剂研究都是以金属 -CeO2催化剂 为多。 目前过渡金属氧化物催化剂如 Au-CeO2、 Co-CeO2等都得到了广泛的研究，通过研究发现此类金属 -CeO2等催化剂催化燃烧性能都很好且都在不断的发展之中。前人对Au-CeO2、 Co-CeO2等催化燃烧的性能有所研究，且都能研究一些成果出来，而 Ni-CeO2 催化剂
5、的 VOCs催化燃烧研究暂时还没有人研究且发表论文，所以这个课题还是很有意义的，没有重复性。通过这次课程设计，我们可以进一步知道 Ni-CeO2一些催化燃烧性能，比如：通过制备不同 Ni含量的催化剂，我们可以知道多少百分比的 Ni催化剂性能最好。还有就是通过不同方法制备 Ni-CeO2催化剂，经过性能检测，我们可以得到最好的制备方法。基于以上的原因，本人选 此课题作为研究方向。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 1、 Ni-CeO2催化剂制备的原因 有机物废气是有害人体健康的污染物质 ,常伴随着异味、恶臭散发在空气中 ,对人的眼、鼻、呼吸道有刺激作用 ,对心、肺、肝等内脏及神经系统产生有
6、害影响 ,甚至造成急性和慢性中毒 ,可致癌、致突变。而催化燃烧是最好最安全的去除方法，所以制备一些催化性能好、造价便宜、容易得到的催化剂重中之中，目前复合氧化物催化剂就是热点 。所以，我选择了一个目前还没有深入在 VOCs 催化燃烧上研究的催化剂 Ni-CeO2催化剂。通过实验研究一下， Ni-CeO2催化剂能否应用到 VOCs 催化燃烧上。 2、 Ni-CeO2的制备并选出最优的催化剂 找出制备催化剂的方法，并用不同的方法制备出催化剂，再用 TPR、催化裂化装置检验催化剂的催化性能，选出最优的方法。之后，再用此法制备出不同 Ni 含量的 Ni-CeO2催化剂，再使用一系列的实验设备（ TPR
7、、 XRD、 AAS、 BET） ，对催化剂的性能进行检测。 3、分析、总结 经过实验，对得出的数据与图表进行分析，看看 Ni-CeO2催化剂在催化燃烧上是否有效以及性能如何。 三、研究步骤、方法及措施： 1.通过查找资料，分析资料确定选题范围及论文题目。 2.通过指导老师指导，结合调研和资料整理分析、撰写开题报告、外文翻译和文献综述。 3.用 DP 法、 CP 法、 NMS 法和 IM 法制备 Ni 含量为 5%、 10%、 15%和 20%的 Ni-CeO2催化剂。 4.对制备出来的催化剂通过 VOC 催化燃烧反应装置进行活性检测。 5.对制备出来的催化剂进行 TPR 表征。 6 对制备出
8、来的催化剂进行 XRD 表征。 7.对实验所得到的数据进行分析、总结，得出实验 成果。 8.根据实验所得数据，以及收集到的资料，撰写论文初稿。 9.经审核进行修改，便制作答辩时所需的 PPT。 10.进行答辩。 四、参考文献 1 黄海凤 .VOCs 催化燃烧催化剂 Mn/g -Al2O3 和 CuMn/g -Al2O3 的性能究 .浙江：高校化学工程学报， 2004. 2 赵永才等 .VOCs 催化燃烧技术及其应用 .浙江：绝缘材料 2007 , 40 (5). 3 黄海凤等 .CuMn 复合氧化物及稀土助剂对 VOCs 催化燃烧性能的研究 .浙江：浙江工业大学学报 .2004 年 8 月 .
9、 4 蔡建信 ,罗来涛 . Au/CeO2 催化剂乙醇部分氧化制氢的研究 .稀土 .2007 年 2 月 . 5 S. M. Yang. D. M. Liu.S. Y. Liu. Catalytic Combustion of Benzene over Au Supported on Ceria and Vanadia Promoted Ceria. Published online: 22 March 2008.Springer Science + Business Media, LLC 2008. 6 Zhen Mua, Jin Jun Li a. Catalytic combustion
10、 of benzene on Co/CeO2/SBA-15 and Co/SBA-15 catalysts. Catalysis Communications 9(2008) 1874 1877. 7 Sang Chai Kim a,*. Recycling the copper based spent catalyst for catalytic combustion of VOCs. Science Direct .Applied Catalysis B: Environmental 79 (2008) 149 156. 五、研究工作进度： 1.2010 年 11 月 25 日，接受指导教
11、师下达的任务； 2.2010 年 12 月 27 2011 年 1 月 7 日，根据题目查找、收集资料，分析整理资料，完成外文翻译、文献综述和开题报告； 3.2011 年 3 月 20 日 2011 年 4 月 26 日，间断的用 IM、 DP、 CP、 NMS 法各制备 5%、10%、 15%、 20%催化剂。 4.2011 年 3 月 27 日 2011 年 5 月 8 日，间断的对制备出的催化剂通过催化裂化装置进 行活性检测； 5.2011 年 4 月 17 日 2011 年 4 月 26 日， 对催化剂进行 TPR 检测，并选出好的催化剂，加大用量，再次进行活性检测。 6.2011 年 4 月 27 日 2011 年 5 月 8 日 ，继续对催化剂进行筛选，并表征。 7.2011 年 5 月 2 日，对制备出的催化剂进行 XRD 表征。 8.2011 年 5 月 9 日 -2011 年 5 月 13 日，开始撰写毕业论文初稿。 9.2011 年 5 月 14-2011 年 5 月 15 日，论文经主省老师审查后进行修改变制作毕业答辩时，演讲的 PPT。 9.2011 年 5 月 16 日，进行毕业答辩。
