基于碳黑催化消除的LaCoO3基钙钛矿负载银催化剂的研究

摘要

碳黑颗粒和氮氧化物是柴油发动机的主要污染物。柴油机尾气排放温度为175-400℃，而碳黑的燃烧温度为550-600℃，低温下的碳黑颗粒催化转化是使尾气达到排放标准的一个理想途径。由于尾气组成复杂、尾气排放温度区间较宽等特点，用于碳黑催化燃烧的催化剂应具备以下几个特点:1、热稳定性良好;2、高储氧能力;3、在400℃以下具有高催化活性;4、价格低廉等。在众多的催化剂体系中钙钛矿类催化剂是满足上述条件最有应用前景的体系之一。但是由于单纯的钙钛矿催化剂上碳黑转化温度较高，近些年来，研究者们在低温催化剂的开发方面做了大量工作。本课题组经多年工作积累发现金属氧化物与LaCoO3的复合化合物可以明显降低碳黑燃烧温度，并且对氮氧化物转化也具有较高的活性，在低温下有望实现碳黑和氮氧化物的共消除。本文基于碳黑和氮氧化物共消除反应，考察了B位取代对ABO3型LaCoO3钙钛矿复合银催化剂结构、催化性能的影响，取得了一些有意义的结果，如下:
　　1、银的引入明显改善了LaCoO3的碳黑燃烧性能，与LaCoO3催化剂相比，银的引入使碳黑燃烧最大值的温度(Tp)降低了125℃;4.65 wt.％ Ag/LaCoO3-700在氮氧化物气氛下经历三个催化反应循环，仍保持良好的催化活性，说明该催化剂具有良好的寿命，具有潜在的应用前景。
　　2、考察了B位取代对ABO3型LaCoO3钙钛矿复合银催化剂的碳黑燃烧性能的影响，研究发现B位元素不同，对LaCoO3钙钛矿中Co物种的分布、氧化还原性能有较大影响，进而影响碳黑燃烧性能;在氧气氛下，碳黑燃烧性能与催化剂的低温还原性相关，Ag/LaCo0.9Cu0.1O3上碳黑氧化的活性最好，Tp值为450℃，△T为65℃;在氮氧化物气氛下，NO2的生成和NO2与碳黑的反应是催化性能的关键因素，其中Ag/LaCo0.9Bi0.1O3的活性最好，Tp值最低为406℃，△T为116℃。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 柴油机尾气颗粒物的形成及危害

1．2．1 碳黑形成机理

1．2．2 氮氧化物形成机理

1．3 柴油机尾气净化研究进展

1．3．1 贵金属催化剂

1．3．2 过渡金属催化剂

1．3．3 复合氧化物催化剂

1．4 本论文工作思路

1．4．1 研究目的及意义

1．4．2 主要研究内容

2 实验部分

2．1 化学试剂

2．2 表征方法

2．2．1 X-射线粉末衍射测试(XRD)

2．2．2 H2-程序升温还原(H2-TPR)

2．2．3 X-射线光电子能谱(XPS)

2．3 催化剂反应性能评价

2．3．1 O2-程序升温氧化(O2-TPO)

2．3．2 碳黑转化率计算(归一化曲线)

2．3．3 活化能计算

3 Ag／LaCoO3系列及La1-xAgxCoO3系列催化剂上碳黑催化燃烧

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 催化剂的制备

3．3 Ag／LaCoO3系列催化剂上碳黑催化燃烧

3．3．1 焙烧温度对Ag／LaCoO3结构和催化活性的影响

3．3．2 Ag担载量对催化活性的影响

3．3．3 讨论

3．4 La1-xAgxCoO3系列催化剂上碳黑催化燃烧

3．4．1 焙烧温度对催化剂结构及催化活性影响

3．4．2 650℃焙烧下掺杂量对催化剂结构及催化活性的影响

3．4．3 讨论

3．5 寿命实验

3．6 小结

4 Ag／LaCo0．9M0．1O3及La0．9Ag0．1Co0．9M0．1O3系列催化剂上碳黑催化燃烧性能(M=Cu，Mg，Bi)

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 Ag／LaCo0．9M0．1O3型催化剂(M=Bi，Mg，Cu)

4．3．1 氧气氛下碳黑燃烧性能(O2-TPO)

4．3．2 氮氧化物气氛下碳黑燃烧性能(NOx-TPO)

4．3．3 催化剂的结构表征(XRD)

4．3．4 氧化还原性能(H2-TPR)

4．3．5 小结

4．4 La0．9Ag0．1Co0．9M0．1O3(M=-Cu，Mg，Bi)催化剂上碳黑催化燃烧性能

4．4．1 催化剂的活性测试

4．4．2 催化剂的表征测试

4．4．3 小结

4．5 讨论

5 其他钙钛矿催化剂的探索

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 LaCo0．9M0．1O3(M=Fe，Pd，Bi，Mg，Cu)催化剂的制备

5．3 LaCo0．9M0．1O3(M=Fe，Pd，Bi，Mg，Cu)催化剂上碳黑催化燃烧性能

5．3．1 催化剂的程序升温氧化活性测试

5．3．2 催化剂的表征测试

5．4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢