液相还原法制备钯催化剂的CO氧化催化性能研究

        随着现代社会的迅速发展，人类活动日益增多，工业发展也越来越快，工厂也越来越多，化学工业产品也得到了广泛的应用，导致环境的污染问题也越来越严重。近年来环境保护问题越来越得到人们的重视，空气污染是当今社会的重要环境问题之一，而CO对空气的污染占到了很大的比重，所以对CO的消除方面的研究具有重要的意义。虽然有大量的研究者都在研究这个课题，然而，怎样设计和制备新型、高效、具有高分散、高活性、高稳定性的催化剂仍是CO氧化研究的重点和难点。
        目前世界上已经有许多关于CO消除研究的先例，也研究开发出了许多类型的催化剂。其中比较常见的有贵金属催化剂和非贵金属催化剂。与贵金属催化剂相比，非贵金属催化剂虽然价格低廉但是低温活性及耐水性较差，所以本文选用贵金属催化剂作为研究对象。而贵金属催化剂也有很多种类，本文主要选用价格相对低廉的钯催化剂进行研究。
       本文将通过镁铝水滑石负载钯催化剂来研究钯金属负载量对CO催化氧化性能的影响。实验采用了共沉淀、沉积沉淀和液相还原三步法以镁铝水滑石为载体探究不同钯负载量的催化剂对催化性能的影响。分别以钯质量百分比为0.5wt%、1wt%、2wt%、3wt%来探究钯负载量对CO氧化催化性能的影响。并采用X射线衍射仪(XRD)、氮气物理吸附、氢氧滴定(H₂-O₂ titration)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等一系列技术设备对催化剂进行了表征。
       随着现代社会的迅速发展，人类活动日益增多，工业发展也越来越快，工厂也越来越多，化学工业产品也得到了广泛的应用，导致环境的污染问题也越来越严重。近年来环境保护问题越来越得到人们的重视，空气污染是当今社会的重要环境问题之一，而CO对空气的污染占到了很大的比重。一氧化碳污染主要来源于冶金工业的炼焦、炼钢、炼铁、矿井放炮，化学工业的合成氨、合成甲醇，碳素厂石墨电极制造^[1]。汽车尾气、煤气发生炉以及所有碳物质（包括家庭用煤炉）的不完全燃烧均可产生CO气体。据有关资料统计，汽车排气对城市的空气污染占各种污染源总量的60%~70%^[2]。而且汽车尾气中含有大量 CO，为了控制汽车排气对大气的污染，工业发达国家除了制定严格的排放指标外，还十分重视研究和开发各种汽车排放净化技术。
        据相关卫生统计资料显示，约有70余种化学物质可引起急性职业中毒，但由CO引起的中毒起数、人数历年始终居首位^[3]。CO对人体的危害在于，侵入机体的CO极易与血红蛋白结合，从而削弱血红蛋白的输氧能力，损害中枢神经系统，使人体遭到缺氧性伤害，当空气中CO含量为2.0×mol/L时，两小时之内人就会出现头晕和呕吐现象。当含量达到1.2%时，会在1~3min内会导致人体缺氧而窒息死亡^[4] 随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对于CO低温催化氧化脱除技术的需求越来越强烈，特别是在消除环境污染、净化空气、封闭内循环式CO₂激光器、CO气体探测器及传感器^[5]。此外，CO催化氧化也是研究催化氧化反应机理的重要手段，因此，研究开发高效、低成本CO氧化催化剂来消除CO受到人们广泛的关注。
        目前常用的CO净化方法主要有物理方法和化学方法^[6]。物理方法主要有溶剂吸收法、变压吸附法、高温金属膜分离法等，但在工业生产过程中，对设备技术要求较高，很难达到要求，而且对于大量存在的低浓度CO，物理吸附法不能非常有效的去除。化学方法有甲烷化反应法催化氧化法、低温变换反应法、催化氧化法等。相比较而言，CO的催化氧化法所需要的反应条件没有那么苛刻，是一种简洁，高效，直接的方法。同时，催化氧化CO为CO₂是消除CO污染的重要途径，主要应用领域包括空气净化、工业气体的净化、燃料电池原料气体纯化^[7–8]、密闭系统内CO的消除、安全防毒面具^[9]、CO气体探测器及传感器等。由此看来，CO的氧化催化在环境保护、人们的日常生活、安全等许多方面都有涉及到。此外，由于CO氧化反应相对简单且具有代表性，所以常用作探针反应研究完全反应催化剂的性能。综上所述，CO低温氧化催化反应一直以来都是人们研究的热点之一，进而促使科学家们研究低成本、安全、高效的CO催化剂。