商用擔體觸媒之製備

本研究將探討之觸媒配方、擔體與觸媒製備方式如下:

1. 活性觸媒配方:

(1). 以 Mn 之金屬氧化物為主要活性觸媒 (2). 以 Fe、Ce、V 為輔助觸媒

2. 擔體: TiO₂(P25), 以 Titanium oxyhydrate 所製備的 TiO2, 褐煤, 沸石 ZSM-5

3. 觸媒之製備方式: 共沉澱法為主，sol gel 法為輔。

4. 觸媒製備條件之調控: 觸媒成分、觸媒含量、煅燒溫度

本研究以硝酸根化合物為金屬前驅物，擔體則使用 TiO2、褐煤和沸石 ZSM-5，本研究所使用的 TiO2粉末有二種，其中一種為 Degussa 公司的商 用品在文中以 P25 表示，另一種為 TiO(OH)2(Titanium oxyhydrate)經由 450℃下煅燒 3 小時而得，在文中以 TiO2表示，其商用品 P25 基本物性資 料如表 3-1所示。

本研究以共沉澱法(圖 3-2)將金屬擔持在擔體上，依不同金屬含量將金

澱劑(氨水)緩慢滴入，並以 pH 計監測水溶液的 pH 變化，等滴定到所需的 pH 值再攪拌一段時間後，將混合液利用抽氣過濾法及大量去離子水清洗 多餘的前驅物及雜質，將收集到的固體物置於烘箱內以 120℃烘乾，取出 磨碎後再將粉末放入高溫爐中煅燒。製備好的觸媒以 M(x)/擔體(z)代表，

其中 M 代表金屬種類，x 代表理論金屬含量以 wt%表示，z 代表煅燒溫度 以攝氏℃表示。

圖 3-2 共沉澱法製備之觸媒流程

表 3-1 商用品 P25 之基本物性資料

項目 資料

晶相 80% anatase, 20% rutile BET surface area ~50 m²/g

Primary size ~25-30 nm Agglomerate size ~100 nm

本研究另以 Sol-gel 法(圖 3-3)為輔自製觸媒與其擔體，將共沉澱法所得 之最佳金屬觸媒含量改以 Sol-gel 法製備觸媒，將金屬前驅物硝酸錳及硝酸 鈰混合醋酸及水，滴定至鈦前驅物四異丙烷氧化鈦及乙醇之混合物，至前 驅物溶液均勻混合完畢，而後在室溫下攪拌，確保各前驅物混合反應完整，

再靜置於室溫下，使觸媒結構熟化，最後經 120℃乾燥後再經煅燒等過程即 得到觸媒粉末。製備好的觸媒以 M(x)-TiO2(y)代表，其中 M 代表金屬觸媒 種類，x 代表理論金屬含量以 wt%表示，y 代表觸媒煅燒溫度以攝氏℃表示。

( ) +

TTIP( )

+

gel 120 C

圖 3-3 Sol-gel 法製備之觸媒流程

本研究以 EISA 製程並以噴霧乾燥器為主要設備，製備中孔洞觸媒材 料，圖 3-4 和圖 3-5分別為中孔洞觸媒材料配製流程及噴霧乾燥器示意圖，

本研究參考本實驗室先前之研究，所製備出之最佳中孔洞矽材配製配方 (Hung and Bai, 2008)，配製製備中孔洞材所需的前驅物，先將 72 毫升的去 離子水加上 29 毫升的乙醇，再加入 11 毫升的四乙氧基矽烷(tetraethoxysilane, TEOS) 攪 拌 均 勻 後 ， 秤 取 3.28 克 之 十 六 烷 基 三 甲 基 溴 化 銨 (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB)加入上述混合溶液，再加入 12μl 之氯化氫(Hydrochloric Acid, HCl)，攪拌 30 分鐘後，前驅物溶液呈透明無色 溶液。前驅物溶液的組成莫耳比為 TEOS：CTAB：乙醇：去離子水：HCl=1：

0.18：10：40：0.008。將前驅物溶液在固定頻率與流量下，經由噴嘴霧化 並以空氣做為載流氣體，將前驅物溶液噴入反應區腔體內，載流氣體經由 加熱後通入反應區，在反應區內提供 EISA 製程所需的高溫能量，經反應區 反應過後所產出的材料則利用旋風集塵器收集在下方的不鏽鋼容器中，所 收集的材料再放入高溫爐中以 550℃煅燒 4 小時，去除界面活性劑後，即可 得具孔洞結構的材料。將探討在不同噴霧乾燥器操作參數下製備中孔洞矽 材 ， 包 括 不 同 反 應 區 溫 度 與 不 同 載 流 氣 體 風 速 ， 其 樣 品 表 示 方 式 為 MSP(a.b)，其中 a 代表為載流氣體風速(單位為 Hz/rpm)；b 代表為反應區溫 度(單位為攝氏 )℃ 。

而金屬植入中孔洞矽材是以一步合成的方式，在合成中孔洞矽材的前驅 物溶液中加入金屬前驅物後，其製備流程如圖 3-4。金屬前驅物是利用硝酸 錳(Manganese nitrate)及硝酸鈰(Cerium nitrate)，所製備之中孔洞觸媒材料，

以 X(y)-MSP 表示，其中 X 代表金屬種類；y 代表 Si/X 莫耳比。

圖 3-4 中孔洞觸媒材料製備流程

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圖 3-5 噴霧乾燥器示意圖