钙类质同像置换对钙钛矿型La1-xCaxCoO3热催化氧化甲苯性能的制约机制

作     者：陈汉林 梁晓亮 刘鹏 CHEN Han-lin;LIANG Xiao-liang;LIU Peng

作者机构：中国科学院矿物学与成矿学重点实验室中国科学院广州地球化学研究所广东广州510640 广东省矿物物理与材料开发研究重点实验室广东广州510640 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《矿物学报》 (Acta Mineralogica Sinica)

年 卷 期：2020年第40卷第3期

页      面：330-338页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

基　　金：广州市珠江科技新星项目(编号:201806010069) 广东省协同创新与平台环境建设(编号:2017A050501048) 

主　　题：钙钛矿 钙置换钴酸镧 甲苯 热催化氧化 

摘      要：挥发性有机物(VOCs)是大气光化学臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)的重要前驱体,其有效减排是治理大气污染的重要环节。钙钛矿型复合氧化物具有催化氧化活性好、化学组成可控、热稳定性高等优点,在热催化氧化VOCs中具有较好的前景。本研究采用溶胶-凝胶法合成不同钙置换量的钙钛矿型钴酸镧(La1-xCaxCoO3),并以甲苯作为目标VOC,考查钙置换对钴酸镧(LaCoO3)热催化氧化甲苯性能的制约机制,结果表明,钙置换没有明显改变钴酸镧的晶体结构,但显著增强其热催化氧化活性。钙置换使钴酸镧颗粒尺寸减小,比表面积和堆积孔容增加,有利于减少气体扩散阻力。以甲苯降解率为50%所对应的温度(T50),以及反应温度为200℃时的比表面积标化CO2生成速率作为评价指标,系列样品的催化活性强弱为:LaCoO3(260℃,0.094μmolm-2s-1)La0.9Ca0.1CoO3(232℃,0.114μmol m-2 s-1)La0.7Ca0.3CoO3(225℃,0.118μmol m-2 s-1)La0.8Ca0.2CoO3(212℃,0.135μmolm-2s-1)。随钙置换量增加,钴酸镧的单位比表面积催化活性呈现先增强后轻微减弱的趋势。系列样品的阳离子空位吸附氧密度未发生明显改变,但晶格氧释放速率显著提高,有利于催化氧化甲苯为CO2和H2O。随着钙置换量增加,晶格氧活性呈先增加后减少的趋势,从而导致催化活性也表现出类似的变化。