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^*

来源：矿物学报, 2020, 40(03): 330-338.

DOI：10.16461/j.cnki.1000-4734.2020.40.122

• 钙钛矿
• 钙置换钴酸镧
• 甲苯
• 热催化氧化

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。

• 单位
  中国科学院广州地球化学研究所; 中国科学院大学