Total oxidation of toluene over halloysite catalysts doped with cobalt, copper and manganese

W prezentowanej pracy podjęto próbę opracowania nowych katalizatorów przeznaczonych do procesu utleniania lotnych związków organicznych (LZO). Jako cząsteczkę modelową, reprezentującą grupę aromatycznych LZO, wybrano toluen. Synteza katalizatorów polegała na wprowadzeniu na powierzchnię naturalnego minerału - haloizytu - metodą mokrej impregnacji prekursorów tlenków metali w układach jedno- i dwuskładnikowych Co–Mn oraz Cu–Mn, a następnie kalcynacji. Przygotowane materiały zawierały stężenia metali na poziomie 10% mas. Preparaty scharakteryzowano pod kątem składu chemicznego, stabilności termicznej, struktury oraz tekstury przy wykorzystaniu technik fluorescencji rentgenowskiej (XRF), proszkowej dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), analizy termicznej (TG), niskotemperaturowej adsorpcji azotu, temperaturowo-programowanej redukcji (TPR) oraz spektroskopii UV-Vis-DR. Analiza XRD potwierdziła wprowadzenie na powierzchnię nośnika metali w postaci tlenków Co3O4, CuO oraz MnO2. Testy katalityczne wykazały wysoką aktywność katalityczną otrzymanych materiałów w badanym procesie. Zastosowanie układów zawierających różne metale prowadziło do pojawienia się efektu synergicznego. Katalizatory zawierające oprócz manganu miedź lub kobalt były znacznie bardziej aktywne w reakcji całkowitego utleniania toluenu w porównaniu do materiałów modyfikowanych jednym metalem przejściowym.

In the presented work new catalysts dedicated for oxidation of volatile organic compounds (VOCs) were developed. Toluene was selected as a model molecule representing aromatic VOCs. The synthesis of the catalysts was based on an introduction of precursors of metal oxides (individually or in two-component Co-Mn and Cu-Mn systems) on the surface of natural mineral (halloysite) by wet impregnation followed by calcination. The prepared materials contained about 10 wt% of the introduced metal, The catalysts were characterized in terms of their chemical composition, thermal stability, structure and texture using X-ray fluorescence (XRF), X-ray powder diffraction (XRD), thermal analysis (TG), low-temperature adsorption of nitrogen, temperature-programmed reduction (TPR) and UV-Vis-DR spectroscopy. The XRD analysis confirmed the insertion of metals in the form of Co3O4, CuO and MnO2 on the surface of the support. Catalytic tests showed high catalytic activity of the obtained materials in the studied process. The application of the systems containing various metals resulted in a synergic effect. The catalysts modified with manganese as well as copper or cobalt were much more active in the total oxidation of toluene than the materials containing only one transition metal.