Tuning the Surface Mn/Al Ratio and Crystal Crystallinity of Mn–Al Oxides by Calcination Temperature for Excellent Acetone Low-Temperature Mineralization

催化作用 煅烧 化学 醋酸 丙酮 无机化学 选择性 乙醛 乙醇 有机化学
作者
Jian‐Rong Li,Jie Zheng,Kun Wu,Mengmeng He,Junyi Zhao,Yang Meng,Jun He,Hong-Yun Ren,Hang Xiao,Chi He
出处
期刊:ACS ES&T engineering [American Chemical Society]
卷期号:3 (4): 487-499 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsestengg.2c00331
摘要

Here, Mn–Al oxides with the strengthened synergistic effect of Mn and Al species were fabricated by facilely adjusting the calcination temperature with the hydrolysis-driven redox-precipitation method. Results demonstrated that the surface Mn/Al ratio and KMn8O16 phase can be effectively tamed under different calcination temperatures, which obviously alter the CO2 selectivity, reaction rate, and stability of Mn–Al oxides for catalytic oxidation of acetone, among which the Mn5Al-350 catalyst exhibits the best catalytic performance (90% of acetone converted at 159 °C) with CO2 selectivity higher than 99.5%, mainly owing to its higher surface Mn/Al ratio and weaker Mn–O bond with more Mn3+ as compared to Mn5Al-250, Mn5Al-450, and Mn5Al-550. Although a decrease in the consumption rate of acetic acid in the presence of 3.0 vol % H2O leads to the slight reduction of acetone conversion and CO2 yield, Mn5Al-350 still exhibits a superior catalytic stability. The reaction intermediates including acetaldehyde, ethanol, acetic acid, and formic acid species before total mineralization are determined by proton transfer reaction–mass spectrometry, theoretical calculations, and in situ DRIFTS. Theoretical calculations also reveal that the p-orbital interaction of C with a certain anisotropy leads to a weak catalytic effect in the process of acetic acid decomposition as the rate-limiting step.
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