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第 6 期 黄金花，等: MO x /Y 催化剂常温催化臭氧氧化甲苯的性能 ·1135·

由图3和表2可以看出，单独臭氧作用下，甲苯 MnO 2 /Y催化剂上CO x 选择性最高为85.6%，其次为
转化率仅为68%左右，产物中CO x 选择性为35.2%， 10% Co 3 O 4 /Y (78.2%)，10% CeO 2 /Y (71.4%)，10%
CO 2 与CO摩尔比为0.493；在不通入臭氧、Y分子筛 CuO/ Y (70.4%)。这表明MnO 2 能有效促进甲苯发生
单独作用下，t 95 为70 min，产物中未检测到CO x ，表 开环断键反应，并具有更高的催化中间副产物转化
明Y分子筛对甲苯只起到吸附的作用；当Y分子筛与 为CO x 的反应活性，进而有利于提高催化臭氧氧化
臭氧共同作用时，t 95 为80 min，产物中CO x 选择性为 甲苯反应活性 [13] 。此外，尾气CO x 中CO 2 与CO摩尔
35.4%，CO 2 与CO摩尔比为0.495；通过以上数据对 比从高到低的次序依次为：10% MnO 2 /Y > 10%
比可以推测Y分子筛不参与催化臭氧氧化甲苯反应 CuO/Y > 10% CeO 2 /Y > 10% NiO/Y > 10% Co 3 O 4 /Y
过程。在相同的反应条件下，不同10% MO x /Y催化 > 10% Fe 2 O 3 /Y。由表2中臭氧t 100 数据可以看出，10%
剂上 甲苯转化率 由高到低的 次序依次 为： 10% MnO 2 /Y催化剂上t 100 (O 3 )最大为190 min。这表明，
MnO 2 /Y > 10% CuO/Y > 10% CeO 2 /Y > 10% NiO/Y 催化臭氧氧化甲苯反应中催化剂的失活与尾气中
> 10% Co 3 O 4 /Y > 10% Fe 2 O 3 /Y。与其他催化剂相比， 臭氧的残留同时发生，即催化剂失活使得尾气中
10% MnO 2 /Y催化剂具有明显较优的催化臭氧氧化 残余臭氧无法分解，导致臭氧浓度超标。因此，可
甲苯活性（t 95 为210 min），与文献[11,13-14]报道的 以认为臭氧t 100 与甲苯降解活性t 95 存在一定的正相
结果一致。由表2可以看出，当甲苯完全转化时，10% 关性。

表 2 10% MO x /Y 催化剂常温催化臭氧氧化甲苯性能
Table 2 Performance of 10% MO x /Y 〔m(MO x )/m (Y)=0.1〕 catalysts for the toluene oxidation with ozone at room temperature

样品 t 95/min Sco 2/% Sco/% n(CO 2):n(CO) S (co+co 2)/% t 100(O 3)/min
③
①
None 0 11.62 23.58 0.493 35.2 0
②
Y 70 0 0 — 0 —
Y 80 11.72 23.68 0.495 35.4 0
10% CuO/Y 125 44.1 26.3 1.677 70.4 110
10% MnO 2/Y 210 57.6 28.0 2.057 85.6 190
10% CeO 2/Y 90 42.1 29.3 1.437 71.4 75
10% Co 3O 4/Y 95 33.9 44.3 0.765 78.2 80
10% Fe 2O 3/Y 140 26.5 38.7 0.685 65.2 125
10% NiO/Y 100 32.0 23.5 1.362 55.5 90
注：①不装填催化剂；②臭氧浓度为 0（即不通入臭氧，其他反应条件不变）；③臭氧保持 100%转化的时间，即出口尾气中检
测不到臭氧的时间。

综合催化剂的表征及评价结果可以发现，10%
MnO 2 /Y 催化剂具有较大的比表面积和孔容积，活
性中心 MnO 2 在载体表面高度分散，有利于甲苯吸
附性能的提高，同时提高了甲苯与臭氧的反应效率，
促进了甲苯断键氧化转化为 CO x ，进而大大增加了
甲苯的转化率和产物中 CO x 的选择性。
2.2 5% MnO 2 -5% MO x /Y 催化剂对常温催化臭氧
氧化甲苯性能的影响
由上述实验结果可以发现，10% MnO 2 /Y 催化

剂具有显著较优的催化臭氧氧化甲苯活性和 CO x 的 图 4 5% MnO 2 -5% MO x /Y 催化剂 XRD 谱图
选择性，因此，选取 MnO 2 作为催化剂主组分。为 Fig. 4 XRD patterns of 5% MnO 2 -5% MO x /Y catalysts

了进一步提高催化剂的稳定性和产物中 CO 2 的选择 由图 4 可以看出，与 Y 分子筛的 XRD 谱图对
比，5% MnO 2 -5% MO x /Y 催化剂上没有检测到金属
性，综合考虑催化剂活性、产物中 CO x 选择性及 CO 2
与 CO 摩尔比等因素，选取 CuO、CeO 2 、Co 3 O 4 为 氧化物的特征衍射峰，表明金属氧化物在 Y 分子筛
第二组分，对催化剂结构和性能进行调变。 表面高度分散。
2.2.1 XRD 结果 2.2.2 BET 结果
图4为5% MnO 2-5% MO x/Y催化剂的XRD谱图。 表 3 给出了 5% MnO 2-5% MO x/Y 催化剂的物化