将三颈烧瓶转移至微波超声波紫外光组合催化合成仪(XH-300uL,鸿鹄科技有限公司)中,设定温度为 70 ℃,功率为 140W,转速为 1000 r/min,超声反应 4 h后取出三颈烧瓶,静置冷却至室温,进行清洗和抽滤,然后将滤饼放入干燥箱中,在 110 ℃下干燥 12 h。
将干燥好的样品置于马弗炉中加热,从 30 ℃开始,以 2 ℃/min的升温速率升至 400 ℃,恒温焙烧 2 h,得到负载Cu-Fe分子筛催化剂。
根据分子筛的不同,分别记作Cu-Fe/ZSM-5(Cu、Fe负载量分别为 8%、10%,均为质量分数,下同)、Cu-Fe/Beta(Cu、Fe负载量分别为 6%、9%)、Cu-Fe/SAPO-34(Cu、Fe负载量分别为6%、10%),Cu-Fe/ZSM-5 使用一次后记作Cu-Fe/ZSM-5-Used。
将制备完成的催化剂用压片机(FW-5A型,天津博式中,Xtoluene 为甲苯转化率;Cin 和Cout 分别为甲苯的入口浓度和出口浓度,均为体积分数。
结果与讨论天胜达科技发展有限公司)进行制片和过筛,最终得到的催化剂粒径为 40~60 目。
X 射线衍射(XRD) 分析在布鲁克公司的显示了Cu-Fe/ZSM-5、Cu-Fe/Beta、Cu-Fe/SAPO-34、ZSM-5、Beta和SAPO-34 的甲苯催化氧化活性。
随着温度的升高,所有样品对应的甲苯转化率均逐渐增加,纯分子筛(ZSM-5、 Beta和SAPO-34)的甲苯转化率较低,当反应温度达到 400 ℃时,甲苯转化率仍然低于 15%,当负载 了铜、铁金属氧化物后,催化活性显著上升。
其中,催化活性最高的是Cu-Fe/ZSM-5(t50 为 275 ℃,t90 为 300 ℃),其次是Cu-Fe/Beta(t50 为 305 ℃,t90 为 318 ℃),Cu-Fe/SAPO-34 的催化活性最低,反应温度达到 400 ℃时的甲苯转化率仍不到 30%。
综上可得,3种催化剂的甲烷催化氧化活性由高到低依次为:Cu-Fe/ZSM-5、Cu-Fe/Beta和Cu-Fe/SAPO-34 ; 载体类型对催化剂催化活性有较大影响。
Bruker/AXS D8 型X射线衍射仪上完成,入射波长为0.15406 nm,采用Cu靶Kα射线源,管电压为 35 kV,管电流为 35 mA,扫描范围为 2θ = 5°~80°,扫描速率为 8 (°)/min。