【正文】 應(yīng)用于笑氣分解的整體式催化劑的研究應(yīng)用于笑氣分解的整體式催化劑的研究中文摘要：本文首先基于Beta、MCM4ZSMFER、MOR等五種不同構(gòu)型沸石分子篩，應(yīng)用液相離子交換法對其進行改性，制備出了Fe、Co兩種金屬離子改性的沸石分子篩。接著以堇青石為載體，通過一步涂覆法和兩步涂覆法制備了Beta等一系列的整體式沸石分子篩催化劑，并分別對制得的整體式催化劑進行了N2O直接催化分解的活性評價，而且還對其進行了SEM（掃描電子顯微鏡）表征來進行進一步分析。最后可得如下的結(jié)論：（1）兩步涂覆法中Fe、Co改性的Beta、MCM4ZSMFER、MOR分子篩中，對于N2O直接分解催化活性最高的為CoBeta，F(xiàn)eBeta次之。（2）相同金屬離子改性的不同構(gòu)型整體式沸石分子篩對N2O直接分解存在較大的活性差異，其中Beta分子篩具有明顯優(yōu)勢，表明了分子篩的構(gòu)型對N2O催化分解會產(chǎn)生巨大的影響。（3）一步涂覆法中對于FeBeta的整體式催化劑的制備宜選用鋁溶膠作為粘結(jié)劑，上膠量為5%。而對于CoBeta的整體式催化劑的制備宜選用硅溶膠作為粘結(jié)劑，上膠量同樣為5%。（4）整體式催化劑的制備過程中的粘結(jié)劑的選用和分子篩的構(gòu)型有關(guān)，且粘結(jié)劑的量應(yīng)適宜，過多或過少都不好。（5）通過SEM表征可以看到應(yīng)用一步法制備的整體式催化劑要比兩步法制備的在分子篩的涂覆上要更加致密，效果更好。（6）最后在經(jīng)過SEM表征、活性評價、經(jīng)濟效益、制備難易程度綜合分析后得出一步涂覆法整體上要優(yōu)于兩步涂覆法。關(guān)鍵詞：整體式沸石分子篩， 堇青石， Beta， N2O催化分解The Research of monolithic catalysts applied to the nitrous oxide deposition Abstract：Firstly, based Beta, MCM49, ZSM5, FER and MOR which are five different configurations of zeolite, and by the application of liquid ion exchange modification, we prepare a seriesof zeolite that are modification by Fe ion exchange and Co ion exchange. Then based cordierite Beta monolithic zeolite catalyst are prepared by the onestep of washcoating method and twostep washcoating and do the activity evaluation experiment of the direct catalytic deposition of N2O . And in this experiment, the monolithic zeolite catalyst also were characterized by means of SEM characterization for further analysis. Finally, we can get the following conclusions: (1) In twostep washcoating method the CoBeta and FeBeta monolithic zeolite catalyst have the highest catalytic activity for the direct catalytic deposition of N2O. (2) The monolithic zeolite catalyst of the different configurations but the same metal ion exchange has a big difference for the direct catalytic deposition of N2O and the Beta zeolite has obvious advantages . (3) In onestep washcoating method the FeBeta monolithic zeolite catalyst should be prepared by using aluminum sol as a binder with 5% of the amount of glue. Preparation of CoBeta monolithic zeolite catalyst should use silica sol as a binder with 5% of the amount of glue. (4)The selection of the binder in preparation of monolithic catalysts is related with the configuration of the zeolite, and the amount of the binder should be appropriate, too much or too little is not good. (5) From sem image we can see the zeolite coated to be more pact from onestep washcoating method than twostep washcoating method.(6) At last after the analysis in SEM characterization,activity evaluation , economic benefits and the preparation of the degree of difficulty, we can draw the conclusions that onestep washcoating method is better than twostep washcoating method.Keywords: Monolithic catalyst，Cordierite，Beta，Catalytic deposition of nitrous oxideII第1章 前言一氧化二氮是一種主要的溫室氣體，它的直接排放也可導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生，它是一種嚴(yán)重污染大氣環(huán)境的氣體。N2O的主要來源是人類的工業(yè)生產(chǎn)活動，其中己二酸尾氣中含有大量的N2O，而全球N2O總排放量的10％就來自于這里。所以，探討如何治理來自于人類活動中所產(chǎn)生的N2O將具有十分重要的工業(yè)和環(huán)境意義。現(xiàn)階段處理N2O的方法有四種，分別是催化分解法、熱分解法、還原焰處理法和將N2O作為氧化劑來生產(chǎn)化學(xué)品等四個方法。其中，最常見的是催化分解法。所以，本課題選用了最為常見的催化分解法為切入點，進行了笑氣處理的研究，希望通過本課題的研究尋找到用于笑氣直接分解的優(yōu)良催化劑。通過查閱相關(guān)文獻了解到，經(jīng)過多年的探索，科學(xué)工作者們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于催化N2O分解反應(yīng)的催化劑大致可以分為以下幾類：（1）分子篩催化劑；（2）水滑石熱分解產(chǎn)物催化劑；（3）稀土氧化物和氧化物；（4）復(fù)合金屬氧化物。眾多的相關(guān)文獻都已表明，對于N2O分解較好的是以分子篩為載體的催化劑。整體式催化劑（monolithic catalysts）是由狹窄的平行通道整齊排列的一體化催化劑，也被稱為“蜂窩狀催化劑”。由于整體式催化劑具有床層壓降較低，催化效率高，放大效應(yīng)小的優(yōu)勢，近年來已被廣泛應(yīng)用于許多化學(xué)領(lǐng)域，如NO選擇性催化還原（SCR）揮發(fā)性有機化合物的催化燃燒以及一些有機合成的多相反應(yīng)，成為今天多相催化領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较蛑弧Ｋ?，本課題將整體式分子篩催化劑作為研究N2O催化分解的主要研究對象。通過查閱相關(guān)文獻，獲得了最新的整體式分子篩制備及改性的技術(shù)，并將其應(yīng)用于本課題N2O分解的實驗研究中。本課題基于Beta、MCM4ZSMFER、MOR等幾種分子篩催化材料，以堇青石為載體，采用了液相離子交換法制備了一系列金屬改性的整體式分子篩催化劑來用于N2O的直接催化分解，以實驗活性評價和SEM表征技術(shù)手段相結(jié)合的方式，系統(tǒng)的研究了不同整體式催化劑對N2O直接催化分解的影響，這些實驗結(jié)果對于整體式分子篩催化劑催化N2O直接分解的進一步研究都起到了重要的意義。第2章 文獻綜述第2．1節(jié) N2O的危害及工業(yè)排放概況一氧化氮，化學(xué)式為N2O，一種無色的并具有甜味的氣體，俗稱笑氣?！妫?，℃，N2O的結(jié)構(gòu)是直線型排布，氮、氧原子采取sp雜化，生成兩個σ鍵。笑氣是一種氧化劑，支持燃燒。不過它在室溫下穩(wěn)定，并具有輕微的麻醉效果（在醫(yī)學(xué)上可作為麻醉劑），并能引起人們發(fā)笑，在水、乙醚、乙醇、濃硫酸中具有很好的可溶性。N2O處在大氣的平流層中，經(jīng)過來自于陽光中的紫外線輻射可以分解為NO，同時會和臭氧反應(yīng)，導(dǎo)致大氣中的臭氧水平較低，是一個主要的溫室氣體。它在溫室氣體中的含量僅次于二氧化碳和甲烷。它在大氣中的濃度每增加一倍，℃，是同濃度二氧化碳產(chǎn)生效果的100倍[14]。此外，N2O可以被分解成氮氧化物，而這些氮氧化合物經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)可以形成硝酸，最終導(dǎo)致酸雨的形成。據(jù)調(diào)查，1900年大氣中的N2O濃度達到310ppb，％％的速率在增加[1,4]，107噸。因此，一氧化氮是一個嚴(yán)重污染環(huán)境的氣體之一。自然和人類活動是一氧化二氮來源的主要兩個方面。由于土壤和作物的性質(zhì)，會導(dǎo)致釋放一部分的一氧化二氮。但是經(jīng)過化工廠化學(xué)過程而排放的副產(chǎn)品則是一氧化二氮的主要產(chǎn)生源，其中己二酸尾氣和汽車尾氣的排放就會產(chǎn)生大量的N2O。而全球N2O總排放量的10％就來自于己二酸尾氣。因為N2O是嚴(yán)重的環(huán)境污染物，它會導(dǎo)致氣候變暖和環(huán)境污染，所以如果能夠?qū)崿F(xiàn)己二酸的N2O尾氣的治理問題，那么將具有十分重要的工業(yè)和環(huán)境意義。第2．2節(jié) N2O處理方法現(xiàn)階段處理N2O的方法有四種，分別是催化分解法、熱分解法、還原焰處理法和將N2O作為氧化劑來生產(chǎn)化學(xué)品等四個方法。其中，最常見的是催化分解法。將N2O作為氧化劑是美國的Solutia公司和俄羅斯的Boreskov催化劑研究所（BIC）共同開發(fā)的應(yīng)用N2O來一步氧化苯生產(chǎn)苯酚，而正是己二酸廠中排放的尾氣提供了氧化劑N2O，這里能夠很好的將N2O利用起來。但單純的靠這種方法來減少己二酸尾氣中的N2O是遠遠滿足不了工業(yè)的要求，因此需要尋求更好的方法。第2．3節(jié) N2O直接分解催化劑的研究我們都知道N2O在高溫的條件下可以直接分解為N2和O2?！?(12)然而，如果在上述反應(yīng)中加入了催化劑，那么就可以實驗大大的降低能耗，并更好的促進反應(yīng)的進行。很久以來人們就一直試圖用各種金屬氧化物催化劑[612]來進行N2O的分解[612]。其中氧化物[1013]和混合氧化物[1418]催化劑是人們一直研究的熱點。應(yīng)用于N2O分解的催化劑可大致包括以下幾類（1）分子篩催化劑（2）水滑石熱分解產(chǎn)物催化劑（3）稀土氧化物和氧化物（4）復(fù)合金屬氧化物。稀土氧化物和氧化物催化劑分解N2O的反應(yīng)，一個先決條件是表面