Tên luận án:
STUDY ON THE SYNTHESIS OF MANGANESE OXIDE BASED CATALYSTS FOR THE TREATMENT OF VOC AT LOW TEMPERATURES
Ngành:
Theoretical and Physical Chemistry
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính xúc tác của các vật liệu dựa trên oxit mangan (MnOx) cho quá trình xử lý hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) ở nhiệt độ thấp. Vật liệu oxit mangan thu hút sự chú ý đặc biệt trong xử lý ô nhiễm nhờ tính thân thiện với môi trường, cấu trúc linh hoạt và các tính chất đặc biệt như hấp phụ, xúc tác, trao đổi ion. Mangan là kim loại đa hóa trị, có khả năng chuyển hóa linh hoạt giữa Mn2+, Mn3+, Mn4+ và tiềm năng oxy hóa cao, cho phép tham gia vào nhiều phản ứng oxy hóa hóa học.
Nghiên cứu đã tổng hợp các oxit mangan bằng nhiều phương pháp khác nhau (kết tủa, oxy hóa, khử) và chỉ ra rằng hoạt tính xúc tác của MnOx tăng theo số oxy hóa trung bình của mangan, theo thứ tự Mn3O4 < Mn2O3 < MnO2. Phương pháp oxy hóa Mn(NO3)2 bằng KMnO4 kết hợp xử lý thủy nhiệt tạo ra MnO2 với hoạt tính xúc tác tốt nhất cho quá trình chuyển hóa m-xylen. Luận án cũng chứng minh rằng cấu trúc lamellar δ-MnO2 là sản phẩm trung gian trong quá trình hình thành cấu trúc α-MnO2 dạng que. Sự chuyển pha này dẫn đến thay đổi hàm lượng oxy trong MnO2, ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác. Điều kiện tổng hợp tối ưu (tỷ lệ KMnO4:Mn(NO3)2 là 3:1 và thời gian thủy nhiệt 2 giờ) tạo ra vật liệu chứa cả δ-MnO2, α-MnO2 và pha trung gian, có diện tích bề mặt lớn nhất, hàm lượng oxy hoạt tính cao nhất, cho phép chuyển hóa hoàn toàn m-xylen ở 220°C theo cơ chế Mars van Krevelen.
Ngoài ra, luận án đã chứng minh MnO2 pha tạp Cu tạo ra pha hopcalite mới, chứa nhiều oxy hoạt tính hơn, giải thích cho hiệu suất xúc tác cao của MnO2 pha tạp Cu. Vật liệu 1% Cu-MnO2 oxy hóa hoàn toàn m-xylen ở 200°C, cho thấy độ bền và khả năng tái sử dụng cao. Sự hấp phụ cạnh tranh giữa H2O và m-xylen là nguyên nhân làm giảm hoạt tính xúc tác một cách thuận nghịch khi có hơi nước. Cu-MnO2 phân tán trên bentonite dưới dạng δ-MnO2 và hopcalite hoạt tính cũng cho thấy khả năng oxy hóa m-xylen ở nhiệt độ tương đối thấp (250°C), với hàm lượng kim loại tối ưu là 1% Cu và 10% Mn. Kết quả nghiên cứu khẳng định xúc tác dựa trên MnO2 là ứng cử viên đầy hứa hẹn cho xử lý VOC ở nhiệt độ thấp.
Mục lục chi tiết:
-
INTRODUCTION
-
CONTENT
-
CHAPTER I. OVERVIEW
- I.1. OVERVIEW OF VOCS
- I.1.1. The concept of VOCs
- I.1.2. The resource of VOC
- I.1.3. The harm of VOCs
- I.2. OVERVIEW OF THE CATALYTIC OXIDATION OF VOC
- I.2.1. Catalysts for the oxidation of VOCs
- I.2.1.1. Components of the catalysts
- I.2.1.2. Catalyst deactivation
- I.2.2. Mechanism of catalytic oxidation
- I.3. OVERVIEW OF MANGANESE OXIDES
- I.3.1. Structural feature of manganese oxides
- I.3.2. Properties and application of manganese oxides
- I.3.3. Methods of synthesis of manganese oxides
- I.4. DOMESTIC AND INTERNATIONAL RESEARCH SITUATION
- I.4.1. International research situation
- I.4.2. Domestic research situation
-
CHAPTER II. EXPERIMENTAL
- II.1. CHEMICALS
- II.2. MATERIAL SYNTHESIS
- II.2.1. Synthesis of MnOx by different methods
- II.2.2. Synthesis of MnO2 with phase transformation by hydrothermal oxidation method with different conditions
- II.2.3. Synthesis of Cu doped MnO2
- II.2.4. Synthesis of CuO-MnOx dispersed on bentonite
- II.3. CHARACTERIZATION METHODS
- II.3.1. X-ray diffraction (XRD)
- II.3.2. Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
- II.3.3. Nitrogen adsorption-desorption method (BET)
- II.3.4. Transmission electron microscopy (TEM)
- II.3.5. High solution transmission electron microscopy (HRTEM)
- II.3.6. Hydrogen temperature-programmed reduction (H2-TPR)
- II.3.7. Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX/EDS)
- II.3.8. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)
- II.3.9. Thermogravimetric analysis (TGA)
- II.4. STUDY THE CATALYTIC PERFORMANCE OF THE MATERIALS
-
CHAPTER III. RESULTS AND DISCUSSION
- III.1. CHOSING METHOD FOR THE SYNTHESIS OF MANGANESE OXIDE MnO FOR THE TREATMENT OF VOC
- III.1.1. Structure of MnOx synthesized by different methods – XRD results
- III.1.2. Morphology of MnOx synthesized by different methods
- III.1.3. Catalytic activity of MnOx synthesized by different methods for the oxidation of m-xylene
- III.1.4. Closure 1
- III.2. PHASE TRANSFORMATION OF MnO2
- III.2.1. Study the phase transformation of MnO2
- III.2.1.1. Effect of molar ratio between KMnO4 and Mn(NO3)2
- III.2.1.2. Effect of hydrothermal time
- III.2.2. Effect of structure to the elemental composition of MnO2
- III.2.2.1. EDX results
- III.2.2.2. XPS results
- III.2.3. Effect of the structure to the redox properties of MnO2
- III.2.4. Effect of structure to the catalytic activity of MnO2
- III.2.5. Closure 2
- III.3. THE CHARACTERISTICS OF THE OXIDATION OF m-XYLENE ON MnO2
- III.3.1. The adsorption of m-xylene on MnO2
- III.3.2. The product of the oxidation of m-xylene on MnO2
- III.3.3. The role of lattice oxygen in the oxidation of m-xylene on MnO2
- III.3.4. Closure 3
- III.4. Cu DOPED MnO2 FOR THE TREATMENT OF VOC
- III.4.1. XRD result of Cu-MnO2
- III.4.2. FTIR result Cu-MnO2
- III.4.3. TEM and HRTEM images of Cu-MnO2
- III.4.4. BET result of Cu-MnO2
- III.4.5. EDX result of Cu-MnO2
- III.4.6. XPS result of Cu-MnO2
- III.4.7. H2-TPR result of Cu-MnO2
- III.4.8. Conversion of m-xylene on Cu-MnO2
- III.4.9. Closure 4
- III.5. STYDT THE STABILITY OF Cu-MnO2 FOR THE OXIDATION OF m-XYLEN
- III.5.1. Thermal stability
- III.5.2. Catalytic activity of Cu-MnO2 in the heating and cooling regimes
- III.5.3. Stability with time
- III.5.4. Repeatability of catalysts
- III.5.5. Effect of steam on stream
- III.5.6. Closure 5
- III.6. Cu-MnO2 DISPERSED ON BENTONITE FOR THE TREATMENT OF VOC
- III.6.1. XRD result of CuMn-Bent
- III.6.2. TEM result of CuMn-Bent
- III.6.3. H2-TPR result of CuMn-Bent
- III.6.4. Catalytic activity of CuMn-Bent for the oxidation of m-xylene
- III.6.5. Closure 6
-
CONCLUSION
-
CONTRIBUTION AND RECOMMENDATION FOR FURTHER STUDY
- A. The contribution of the thesis
- B. Recommendation for further study
-
LIST OF PUBLICATIONS