楊志強 毛東森 郭強勝 顧 蕾

(上海應用技術學院化學與環(huán)境工程學院,上海 200235)

制備方法對CuO/CeO2-ZrO2催化CO低溫氧化活性的影響

楊志強 毛東森*郭強勝 顧 蕾

(上海應用技術學院化學與環(huán)境工程學院,上海 200235)

采用微波加熱分解法(一步法)和微波加熱處理共沉淀+浸漬法(兩步法)制備了CuO/CeO2-ZrO2催化劑,并對其進行了X射線衍射、低溫氮氣吸附/脫附和程序升溫還原等表征,采用色譜流動法考察了催化劑的催化CO低溫氧化性能.結果表明,一步法比兩步法更有利于使催化劑表面CuO高度分散,CuO與CeO2-ZrO2間的相互作用更強,CuO更容易被還原,從而具有更高的催化CO氧化活性.與CeO2-ZrO2有相互作用的高分散和小顆粒CuO有利于催化劑活性的提高,與CeO2-ZrO2無相互作用的大顆粒CuO對催化劑的活性有抑制作用.

催化活性;CuO/CeO2-ZrO2;CO氧化;微波加熱

隨著人們環(huán)境保護意識的不斷增強,CO低溫催化氧化已經(jīng)成為催化研究的一個熱點問題[1-2].目前,用于CO低溫氧化的催化劑主要包括貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑兩大類.由于貴金屬資源稀少且價格昂貴,因此開發(fā)出具有優(yōu)良催化活性的非貴金屬催化劑成為研究的焦點.CuO/CeO2復合氧化物因具有優(yōu)良的催化活性而受到廣泛的關注[3-4].近年來,CuO/CeO2-ZrO2催化劑因比CuO/CeO2催化劑具有更高的熱穩(wěn)定性[5-7]和更長的使用壽命[7]而得到了廣泛的研究[5-17].研究表明CuO/CeO2-ZrO2催化劑的反應性能不僅與其組成有關,而且還與其制備方法密切相關.目前,CuO/CeO2-ZrO2催化劑的制備方法主要可分為兩種:一種是采用共沉淀、溶膠-凝膠、水熱晶化和微乳等方法先制得CeO2-ZrO2復合氧化物,然后再采用浸漬法將CuO負載在CeO2-ZrO2復合氧化物的表面,即所謂的兩步法[5,7-15].另一種是采用檸檬酸溶膠-凝膠法或表面活性劑模板法直接得到CuO-CeO2-ZrO2催化劑[6,15-19],即所謂的一步法.

洪慶紅等[15]分別采用檸檬酸溶膠-凝膠法和檸檬酸溶膠-凝膠+浸漬法制備了CuO質(zhì)量分數(shù)為2.5%的CuO/CeO2-ZrO2催化劑,并考察了它們對CO氧化反應的催化活性,結果表明一步法制備的催化劑活性明顯大于兩步法的催化劑活性,其CO轉化率為90%時所需的反應溫度分別為92和105oC.

本文利用氫氧化四氨合銅(Cu(NH3)4(OH)2)能夠加熱分解為Cu(OH)2或CuO的特點,通過共沉淀法得到鈰、鋯氫氧化物沉淀,采用微波加熱回流使混合液中的Cu(NH3)4(OH)2分解,在鈰、鋯氫氧化物沉淀物的表面負載一層Cu(OH)2或CuO,然后通過高溫焙燒得到CuO/CeO2-ZrO2催化劑,該制備方法尚未見文獻報道.作為對比,又采用微波輔助加熱處理共沉淀+浸漬的方法(即兩步法)制備CuO/CeO2-ZrO2催化劑,并通過X射線衍射(XRD)、程序升溫還原(TPR)和氮氣吸附/脫附等技術對上述樣品進行表征,通過活性評價考察它們催化氧化CO的活性并與物理化學性質(zhì)表征結果進行關聯(lián).

1 實驗部分

1.1 催化劑的制備

采用兩種方法制備CuO/CeO2-ZrO2催化劑.

一步法:在n(Ce):n(Zr)=3:2的(NH4)2Ce(NO3)6和Zr(NO3)4·5H2O混合水溶液中加入Cu(NO3)2·3H2O水溶液,在快速攪拌下將上述混合液緩慢滴入到盛有稀氨水的三口燒瓶中,在此過程中,鈰和鋯生成氫氧化物沉淀、銅生成Cu(NH3)4(OH)2.滴加結束,保證pH=10左右,并繼續(xù)攪拌1 h.之后將反應混合物放入微波爐中,微波功率定為300 W,磁力攪拌下進行微波加熱.隨著混合液中NH3的不斷揮發(fā),體系的pH值會逐漸降低,當pH=7時,將微波功率調(diào)為800 W,繼續(xù)加熱10 min.冷卻到90oC后過濾,分別用去離子水和無水乙醇洗滌濾餅.把濾餅放入微波爐中于900 W功率下加熱干燥3 min,制得催化劑的前驅(qū)體.將該前驅(qū)體置于馬弗爐中在一定溫度(500,600, 700和800oC)下焙燒2 h得到CuO/Ce0.6Zr0.4O2催化劑,記為CuO-CZ-t,t為焙燒溫度(oC).

兩步法:將(NH4)2Ce(NO3)6和Zr(NO3)4·5H2O按n(Ce):n(Zr)=3:2的比例配成透明的混合水溶液,在快速攪拌下將其緩慢滴入到盛有稀氨水的三口燒瓶中.滴加結束,使pH=10左右,并繼續(xù)攪拌1 h.之后其反應混合液所用微波加熱及微波干燥的操作步驟同上.將微波干燥的前驅(qū)體于500oC焙燒2 h,得到橙黃色鈰鋯復合氧化物.稱取一定量的鈰鋯復合氧化物樣品并倒入一定體積的Cu(NO3)2水溶液中,充分攪拌混合,室溫靜置4 h.然后放入烘箱中于80oC低溫烘干,再在一定溫度下焙燒2 h得到催化劑CuO/Ce0.6Zr0.4O2,記為CuO/CZ-t,t為焙燒溫度(oC).

以上所有催化劑中CuO的質(zhì)量分數(shù)均為10%,所用試劑均為分析純,購自國藥集團上海化學試劑有限公司.

1.2 催化劑的表征

XRD測試在荷蘭X′Pert Pro型X射線衍射儀上進行.采用Cu Kα輻射源,λ=0.15418 nm,管電流和管電壓分別為40 mA和40 kV,掃描范圍為20.0°-90.0°,掃描速率為8(°)·min-1.根據(jù)CeO2(111)晶面的衍射峰分別采用Scherrer公式和Bragg方程計算CeO2的晶粒尺寸和晶胞參數(shù).

樣品的比表面積和孔容在美國Micromeritics公司生產(chǎn)的ASAP-2020M+C型自動物理化學吸附儀上以N2為吸附質(zhì)、77.3 K下進行測定,測試前樣品先于473 K下抽真空預處理4 h以除去所吸附的雜質(zhì).使用日本電子株式會社的JEM-2100型透射電子顯微鏡觀察樣品的晶粒大小及形貌.

H2-TPR測試在常壓微型石英管反應器上進行,樣品的用量為50 mg,以體積分數(shù)為10%H2-90%N2混合氣為還原氣,氣體流速為50 mL·min-1,升溫速率為10oC·min-1.升溫過程中H2的消耗量用浙江溫嶺福立公司生產(chǎn)的GC 9750型氣相色譜儀的熱導池檢測器進行檢測.

1.3 催化活性的評價

CO氧化反應在常壓微型固定床流動反應裝置上進行[20].將0.2 g大小為40-60目的催化劑顆粒與0.6 g粒度大小相當?shù)氖⑸盎旌虾?裝入內(nèi)徑為6 mm的不銹鋼反應管中.在200oC下用流速為45 mL·min-1的N2氣吹掃30 min,然后切換為反應混合氣,其體積組成為1%CO、10%O2,其余為N2,流速為45 mL·min-1.反應前后的氣體組成用浙江溫嶺福立公司生產(chǎn)的GC 9790A型氣相色譜儀進行在線分析,熱導池檢測器,碳分子篩色譜柱.

2 結果與討論

2.1 N2吸附/脫附表征

表1列出了由一步法和兩步法制備催化劑樣品的比表面積和孔容數(shù)據(jù).由此可見,隨著焙燒溫度的升高,兩個系列樣品的比表面積和孔容均逐漸減小,尤其是當焙燒溫度升高至大于600oC時,降低的幅度更大.這是由于隨著焙燒溫度的升高,催化劑樣品開始燒結.另外,對于同一焙燒溫度制備的催化劑,一步法樣品的比表面積和孔容均大于兩步法樣品的比表面積和孔容,而且其隨焙燒溫度升高而降低的幅度要小于兩步法制備的樣品,說明一步法制備樣品的抗燒結能力要大于兩步法制備的樣品.

一步法制備催化劑時,溶液中的Cu(NH3)4(OH)2經(jīng)微波加熱分解生成的CuO均勻分散于鈰、鋯氫氧化物沉淀表面使沉淀物顆粒彼此分開,起到了阻止顆粒燒結的作用.而兩步法在干燥濃縮浸漬液過程中,硝酸銅顆粒在載體表面或孔道內(nèi)的沉積量會出現(xiàn)梯度效應,致使孔道部分堵塞,經(jīng)高溫焙燒,CuO顆粒團聚使得CeO2-ZrO2載體顆粒之間不能很好地“隔離”進而發(fā)生燒結,比表面積和孔容也就相應減小.

上述結果表明,不同的制備方法對CuO/CeO2-ZrO2催化劑的比表面積和孔容產(chǎn)生了一定的影響,而且可能會影響到CuO在鈰鋯復合氧化物中的分散程度.

2.2 XRD分析

圖1 兩種不同方法制備樣品的XRD譜Fig.1 XRD patterns of samples prepared by the two different approaches(1)sample prepared by one-step approach and dried;(2)sample prepared by one-step approach and calcined at 300oC;(3)sample prepared by two-step approach and dried;(4)sample prepared by two-step approach and calcined at 300oC

圖1是采用兩種方法制備樣品的XRD譜.從圖1可以看出,采用一步法制備的樣品經(jīng)干燥后,即生成了較純的鈰鋯固溶體,沒有鈰、鋯的氫氧化物和ZrO2等雜峰出現(xiàn),也沒有CuO的特征衍射峰出現(xiàn),與300oC焙燒樣品的XRD譜非常相似.很顯然,鈰鋯固溶體是在反應混合液中生成的.這是由于采用微波輻射加熱時水分子隨高頻變換的微波能量場的作用高速振動,分子之間碰撞摩擦產(chǎn)生大量的熱,使溶液溫度急劇上升,甚至出現(xiàn)“過熱”現(xiàn)象,這種分子水平的“攪拌”作用將微波能量傳遞至鈰、鋯氫氧化物分子,加速其脫水過程,促進了鈰鋯固溶體的生成.而同樣的原因,隨著氨氣的放出,銅氨絡合物分解為Cu(OH)2后,微波能量的傳遞亦加速其脫水過程,生成的CuO便沉積于鈰鋯固溶體表面.由于在微波作用下,CuO生成的速度遠大于其晶粒生長的速度,因此在XRD譜上看不到晶相CuO特征峰,說明生成了高分散或粒徑較小的CuO.而采用兩步法制備的前驅(qū)體有較多Cu(NO3)2衍射峰出現(xiàn),經(jīng)300 oC焙燒2 h后這些衍射峰完全消失,出現(xiàn)了CuO的特征衍射峰,說明該方法不利于CuO在載體表面的均勻分散.這是因為浸漬硝酸銅溶液的鈰鋯固溶體在干燥過程中,隨著水分子的蒸發(fā),硝酸銅溶液逐漸濃縮,下層載體表面沉積的硝酸銅顆粒數(shù)目就會高于上層,出現(xiàn)梯度沉積現(xiàn)象,這更有利于硝酸銅晶體的生長,加熱分解亦會生成大顆粒的CuO.

表1 一步法和兩步法制備催化劑的比表面積(SBET)、孔容(Vpore)、晶胞參數(shù)(P(111))和晶粒大小(D)Table 1 Specific surface area(SBET),pore volume(Vpore),lattice parameter(P(111)),and crystallite size(D)of the catalysts prepared by one-step approach and two-step approach

圖2是樣品在不同溫度焙燒后的XRD譜.由圖2可見,兩種方法制備的CuO/CeO2-ZrO2催化劑都呈CeO2的螢石型立方晶相結構,且都沒有出現(xiàn)晶相ZrO2的特征衍射峰,說明Zr4+取代了部分Ce4+進入到CeO2的晶格中形成了CeO2-ZrO2固溶體結構[20].隨焙燒溫度的不斷升高,衍射峰的峰形逐漸變窄,峰高逐漸增強.尤其是當焙燒溫度大于600oC時,樣品的衍射峰驟然變得尖銳,峰強度顯著增強.說明當焙燒溫度大于600oC時,鈰鋯復合氧化物開始發(fā)生明顯的燒結,晶化程度增強,粒徑變大,這與上述的比表面積和孔容的測定結果相一致.此外,所有樣品的衍射峰都沒有出現(xiàn)分裂,表明CeO2和ZrO2沒有出現(xiàn)偏析.

表1中列出了由Scherrer公式計算得到的各個樣品中CeO2的晶粒尺寸.可以看到,經(jīng)過500和600 oC焙燒的催化劑,其粒徑變化不大,而且與載體CeO2-ZrO2比較接近,但經(jīng)過700和800oC焙燒的催化劑,其粒徑明顯增大,說明此時催化劑都已發(fā)生了明顯的燒結.此外,兩種不同方法制備的催化劑其CeO2的晶粒尺寸基本相同,說明制備方法對催化劑中CeO2的晶粒尺寸無明顯影響.

由表1可見,催化劑的晶胞參數(shù)隨焙燒溫度由500oC升高到700oC而逐漸減小,且均比CZ-500的晶胞參數(shù)小.這是由于Cu2+的半徑(0.079 nm)小于Ce4+的半徑(0.097 nm)和Zr4+的半徑(0.084 nm),少部分Cu2+取代Ce4+或Zr4+進入Ce-Zr-O固溶體后生成了Cu-Ce-Zr-O固溶體,從而導致晶格的收縮[21].然而當焙燒溫度進一步升高至800℃時,晶胞參數(shù)反而增大,表明進入晶格中的Cu2+又從固溶體中析出,從而致使晶胞參數(shù)變大.王建強等[22]采用檸檬酸溶膠-凝膠法制備的Cu0.1Ce0.6Zr0.3Ox催化劑也發(fā)現(xiàn)當焙燒溫度從500oC升高到800oC,晶胞參數(shù)由0.5324增大至0.5328 nm.

比較圖2(A)和2(B)發(fā)現(xiàn),兩種方法制備的催化劑,其CuO衍射峰的差別較大.一步法中CuOCZ-500和CuO-CZ-600樣品沒有出現(xiàn)CuO的特征衍射峰,表明CuO高度分散于鈰鋯復合氧化物的表面或進入其晶格中形成了Cu-Ce-Zr-O固溶體,此外部分銅也可能以微小的CuO顆粒存在而無法被XRD所檢測到.當焙燒溫度升至700和800oC時,在2θ為35.6°和38.8°處開始出現(xiàn)晶相CuO的特征衍射峰,由Scherrer公式計算得到粒徑分別為29.0和31.0 nm(表1).兩步法制備的所有樣品都出現(xiàn)了晶相CuO的特征衍射峰,而且隨焙燒溫度的升高,衍射峰的強度逐漸增強,表明CuO顆粒發(fā)生了燒結,從而其粒徑逐漸增大.從表1可知,其晶相CuO的粒徑介于33.9和44.0 nm之間,均明顯大于一步法制備的CuO顆粒的粒徑.

上述結果表明采用一步法制備催化劑時,其CuO的分散性更好,且其CuO顆粒隨焙燒溫度的升高相對于兩步法更不容易燒結和長大.

2.3 TEM表征

圖2 一步法(A)和兩步法(B)制備催化劑的XRD譜圖Fig.2 XRD patterns of the catalysts prepared by one-step approach(A)and two-step approach(B)

圖3 焙燒溫度為600oC時一步法(A)和兩步法(B)制備催化劑的TEM照片F(xiàn)ig.3 TEM images of the catalysts prepared by one-step approach(A)and two-step approach(B)and calcined at 600oC

圖3為600oC焙燒樣品的透射電鏡照片,從圖3 (A)可以看到載體顆粒的大小及分散都較為均勻,粒徑分布較窄,皆在6 nm左右,未觀察到CuO顆粒,這與上述XRD的測試結果相一致.圖3(B)中除載體外還觀察到大顆粒的CuO粒子,其粒徑為30-35 nm,與用XRD計算的尺寸(表1)基本一致.

2.4 TPR測試

圖4(A)是一步法制備樣品的H2-TPR譜.從圖中可以看到,焙燒溫度為500和600oC時催化劑都有兩個還原峰(α和β).當焙燒溫度升高至700和800oC時,催化劑的TPR曲線開始出現(xiàn)肩峰,700oC焙燒的樣品出現(xiàn)右肩峰(γ),800oC焙燒的樣品出現(xiàn)左肩峰(β);也就是說這兩個催化劑樣品都出現(xiàn)了三個還原峰,其分峰處理結果如圖4(A)中所示,800oC焙燒樣品的γ峰明顯大于700oC焙燒的樣品.圖4(B)是兩步法制備樣品的H2-TPR譜.由圖可見,每個催化劑的TPR譜都出現(xiàn)了三個明顯的還原峰(α、β和γ),表明該系列催化劑中均存在三種不同類型的銅物種.

有關CuO/CexZr1-xO2催化劑中CuO還原性的研究已有不少報道.Wang等[5,9]發(fā)現(xiàn)采用沉淀+浸漬法制備的CuO質(zhì)量分數(shù)為5%的CuO/Ce0.8Zr0.2O2催化劑分別在172.1和278.5℃處存在2個還原峰,并將其歸屬于高分散CuO和體相CuO的還原.洪慶紅等[15]采用檸檬酸溶膠-凝膠法和檸檬酸溶膠-凝膠+浸漬法制備的CuO質(zhì)量分數(shù)為2.5%的CuO/Ce0.7Zr0.3O2催化劑均在190-200和250oC處存在2個分別為高分散CuO和存在于CeO2晶格中Cu物種的還原峰. Wang等[7]在研究采用水熱晶化+浸漬法制備的CuO質(zhì)量分數(shù)為5%的不同鈰鋯比的CuO/CexZr1-xO2催化劑時發(fā)現(xiàn)在179、201和245oC處存在3個還原峰,分別對應與載體強相互作用的高分散的CuO、與載體弱相互作用的較大顆粒的CuO和晶相CuO的還原. Ma等[23]也報道了CuO/Ce0.8Zr0.2O2催化劑的H2-TPR譜中分別歸屬為高分散CuO、中等顆粒CuO和大顆粒CuO還原的3個耗氫峰.根據(jù)上述文獻及前述的XRD結果,我們認為本文CuO/Ce0.6Zr0.4O2催化劑中的α峰應歸屬于催化劑表面高度分散CuO的還原,β峰應歸屬于存在于鈰鋯晶格中的Cu物種或催化劑表面較小顆粒(XRD無法檢測)CuO的還原,γ峰應歸屬于催化劑表面較大顆粒(XRD能夠檢測)CuO的還原.

表2 一步法和兩步法制備催化劑還原峰的溫度和面積Table 2 Temperatures and areas of reduction peaks of the catalysts prepared by one-step and two-step approach

圖4中各還原峰的溫度和峰面積數(shù)據(jù)列于表2.由表中數(shù)據(jù)可知兩種不同方法制備的催化劑存在以下的差別.(1)一步法中除500oC焙燒樣品的α峰的還原溫度為165oC之外,其它三個樣品的α峰的還原溫度都在159-160oC之間,表明隨著焙燒溫度的升高,高分散CuO的還原性基本不變.而兩步法制備樣品α峰的還原溫度隨催化劑焙燒溫度的升高有逐漸升高的趨勢,表明隨催化劑焙燒溫度的升高,高分散CuO的還原性逐漸減弱.(2)一步法制備的催化劑中僅700和800oC焙燒的樣品才有γ峰出現(xiàn),而且其峰溫相同,而兩步法制備的所有樣品均出現(xiàn)γ峰且其峰溫隨催化劑焙燒溫度的升高而逐漸升高,表明其還原性逐漸變差.(3)對于相同焙燒溫度制備的催化劑,兩步法制備樣品的γ峰溫要明顯高于一步法制備樣品的γ峰溫,而且其峰面積所占的比例也顯著高于一步法制備的樣品,這表明兩步法樣品中CuO的還原性較差,CuO的顆粒較大而且大顆粒CuO的數(shù)量相對較多.該結果與上述XRD的表征結果相一致.

2.5 催化CO氧化活性

圖5(A)給出了一步法制備催化劑的CO轉化率與反應溫度的變化曲線.由圖可見,CuO-CZ-500至CuO-CZ-800的T100(CO轉化率達到100%時所需的反應溫度)分別為90、85、90和105oC.圖5(B)是兩步法制備催化劑的活性評價結果,CuO/CZ-500至CuO/CZ-800的T100分別為100、93、95和110oC.上述結果表明,在兩個系列催化劑中,600oC焙燒樣品的CO氧化活性均最高,700和500oC焙燒的樣品次之,800oC焙燒樣品的活性最差.Wang等[5,9]在用共沉淀+浸漬法制備的CuO質(zhì)量分數(shù)為5%的CuO/ Ce0.8Zr0.2O2催化劑時也發(fā)現(xiàn)當焙燒溫度為600oC時樣品的CO氧化活性最高.此外,對于相同焙燒溫度制備的催化劑,一步法制備催化劑的活性均明顯好于兩步法制備催化劑的活性.

研究表明,CuO/CeO2-ZrO2催化CO氧化反應的活性與其CuO的存在形式和還原性密切相關.蔣曉原[8]、Wang[9]和Zhu[14]等都認為高分散CuO是反應的活性中心,而體相的CuO具有副作用.此外,我們之前在研究制備載體Ce0.6Zr0.4O2過程中前軀體的處理方式對CuO/Ce0.6Zr0.4O2催化活性的影響時發(fā)現(xiàn),催化劑中的CuO越容易還原,則CuO越容易和CO反應生成CO2,催化活性越高[11].在本文中,當焙燒溫度由500oC升高到600oC時,兩種方法制備的催化劑中CuO的還原溫度均有所降低,表明其還原性略有增強,故催化劑的活性也相應地提高.當焙燒溫度進一步升高到700和800oC時:(1)一步法催化劑中雖然高分散CuO的還原溫度基本相同,但其含量逐漸減少,并出現(xiàn)了晶相的CuO而且其含量逐漸增大(表2),故催化劑的活性也相應地逐漸減弱;(2)兩步法催化劑中α、β和γ峰所對應CuO的還原溫度均逐漸升高,表明其還原性逐漸變差,此外,高分散CuO的含量減少而大顆粒CuO的含量明顯增大(表2),故催化劑的活性也相應地逐漸減弱.

圖5 一步法(A)和兩步法(B)制備催化劑的CO氧化活性Fig.5 Activity for CO oxidation of the catalysts prepared by one-step approach(A)and two-step approach(B)

對于兩種不同方法制備的催化劑,(1)當焙燒溫度較低(500-700oC)時,雖然高分散及小顆粒CuO的還原溫度基本相同,但一步法制備樣品中高分散及小顆粒CuO的含量要顯著高于兩步法樣品(表2).此外,一步法樣品僅在700oC焙燒時才出現(xiàn)大顆粒的CuO,而且其還原溫度顯著低于兩步法樣品,顆粒的大小和相對數(shù)量也均明顯低于兩步法樣品,故其催化活性都明顯高于兩步法樣品.(2)當在800oC焙燒時,一步法制備樣品中高分散及小顆粒CuO的還原溫度均明顯低于兩步法樣品,晶相CuO顆粒的大小和含量也均顯著低于兩步法樣品,故其催化活性明顯高于兩步法樣品.

3 結論

一步法樣品中CuO的分散性和均一性均好于兩步法樣品,前者只有當焙燒溫度高于600oC時才開始出現(xiàn)晶相的CuO,而后者在任一焙燒溫度下都有晶相的CuO存在,分散性較差.

一步法樣品催化CO氧化的活性均高于兩步法樣品.催化劑表面與CeO2-ZrO2相互作用的高分散及小顆粒CuO的數(shù)目愈多、還原性愈好,愈有利于催化活性的提高,晶相CuO的顆粒愈大數(shù)目愈多、還原性愈差,愈不利于催化活性的提高.

當焙燒溫度較高(800oC)時,催化劑中的CuO發(fā)生明顯的燒結、顆粒顯著增大,與CeO2-ZrO2相互作用顯著減弱,故其催化活性明顯變差.

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August 1,2010;Revised:October 8,2010;Published on Web:October 29,2010.

Effect of Preparation Method on the Activity of CuO/CeO2-ZrO2Catalysts for Low Temperature CO Oxidation

YANG Zhi-Qiang MAO Dong-Sen*GUO Qiang-Sheng GU Lei
(School of Chemical and Environmental Engineering,Shanghai Institute of Technology,Shanghai 200235,P.R.China)

CuO/CeO2-ZrO2catalysts were prepared by microwave heating decomposition(one-step approach)and by microwave heating treatment of co-precipitation followed by impregnation(two-step approach).The catalysts were characterized by X-ray diffraction(XRD),low temperature N2adsorption/ desorption,and H2-temperature-programmed reduction(H2-TPR).The catalytic activities of the catalysts for low temperature CO oxidation were investigated using a microreactor-gas chromatograph.The results showed that the one-step approach was more beneficial to CuO dispersion on the catalyst surface because of a strong interaction between CuO and CeO2-ZrO2and to the improved reducibility of CuO, which resulted in higher catalytic activity.We conclude that finely dispersed and small CuO particles strongly interact with CeO2-ZrO2are responsible for the high catalytic activity toward CO oxidation and that large CuO particles that do not interact with CeO2-ZrO2inhibit the catalytic activity.

Catalytic activity;CuO/CeO2-ZrO2;CO oxidation;Microwave heating

O643

?Corresponding author.Email:dsmao@sit.edu.cn,dsmao1106@yahoo.com.cn;Tex/Fax:+86-21-64941386.

The project was supported by the Leading Academic Discipline Project of Shanghai Education Committee,China(J51503)and Research Foundation of Shanghai Institute of Technology,China(KJ2008-01).

上海市教委重點學科建設項目(J51503)及上海應用技術學院科學技術發(fā)展基金項目(KJ2008-01)資助