锰酸镧钙钛矿型复合氧化物的制备、表征及应用研究

摘要

本文采用固相反应法和溶胶-凝胶法合成ABO3钙钛矿型复合氧化物，研究了对A位、B位离子掺杂改性对其结构和柴油车尾气净化性能的影响。借助X射线衍射(XRD)、低温氮气吸附(BET)和程序升温还原(H2-TPR)等测试技术对制备材料的结构和还原性能进行了研究。采用程序升温氧化(TPO)对催化剂在O2气氛下脱除碳黑颗粒的活性进行了考察。由实验室自建的实验装置，对催化剂分解N2O的催化性能，以及同时去除碳黑颗粒和NOx的催化性能分别进行了研究。 分别采用固相反应法和溶胶-凝胶法合成了LaMnO3钙钛矿复合氧化物，并优化了制备条件。用其他金属离子对钙钛矿复合氧化物A位、B位离子掺杂发现，当掺杂量较少时，掺杂原子可以进入到晶格中。 程序升温氧化(TPO)结果显示，LaMnO3钙钛矿复合氧化物能够明显地降低碳黑颗粒的燃烧温度。采用适当的金属离子对钙钛矿型复合氧化物的A位、B位离子进行适量掺杂后，可以提高催化剂的活性。 H2-TPR结果显示，对LaMnO3钙钛矿复合氧化物进行离子掺杂不仅可以增加活性氧物种的含量而且可以提高活性氧物种的活性。 N2O分解评价结果显示，利用固相反应法制备的钙钛矿型复合氧化物催化剂中，只对A位离子进行掺杂可以略微提高催化剂分解N2O的活性，只对B位离子和同时对A位、B位离子进行掺杂的催化剂使得N2O初始分解温度向高温方向移动；而利用溶胶-凝胶法制备的钙钛矿型复合氧化物催化剂中，K和Ce单独或同时对LaMnO3进行A位离子掺杂时，均可提高催化剂对N2O直接催化分解的反应活性。 同时消除柴油机尾气中碳黑颗粒和NOx的催化活性评价结果显示，采用固相反应法和溶胶-凝胶法制备的LaMnO3钙钛矿复合氧化物可以显著地降低碳黑颗粒的燃烧温度，同时对NOx还原为N2具有较高的活性；两种方法制备的催化剂中，对LaMnO3钙钛矿型复合氧化物的A位、B位离子分别或同时进行掺杂后均可以明显提高其催化活性；采用固相反应法制备的催化剂Lao0.7Ag0.3Mn0.9Co0.1O3对同时去除柴油车尾气排放的碳黑颗粒和NOx的催化活性最好，碳黑颗粒的T10、T50和T90分别降低了约111℃、172℃和219℃，N2的最大产率可达77.6％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1引言

1.2柴油车尾气排放特征以及主要污染物的形成和危害

1.2.1柴油车尾气排放特征

1.2.2柴油车尾气排放的主要污染物

1.3柴油机的排放标准

1.4碳黑颗粒燃烧催化剂的研究现状

1.4.1碱金属或碱土金属催化剂

1.4.2贵金属催化剂

1.4.3过渡金属催化剂

1.4.4复合型催化剂

1.5 NOx和碳黑颗粒同时去除方法

1.5.1采用新型燃料

1.5.2柴油机的改进

1.5.3柴油机排放后处理技术

1.6钙钛矿型复合氧化物催化剂

1.6.1钙钛矿型复合氧化物催化剂简介

1.6.2钙钛矿型复合氧化物催化剂的合成

1.6.3钙钛矿型复合氧化物中组成离子对性能的影响

1.6.4钙钛矿型复合氧化物对消除N2O的研究现状

1.7　小结

第二章实验部分

2.1引言

2.2实验内容

2.2.1主要试剂和实验仪器

2.2.2钙钛矿复合氧化物的制备

2.2.3表征方法

2.2.4催化 N2O分解反应性能评价

2.2.5催化剂的同时脱除碳黑颗粒和NOx的催化活性评价

第三章锰酸镧钙钛矿型复合氧化物的制备和表征

3.1引言

3.2固相反应法制备钙钛矿型复合氧化物

3.2.1固相反应法的合成路线

3.2.2钙钛矿型复合氧化物的设计

3.2.3 B位掺杂对钙钛矿型复合氧化物催化活性的影响

3.2.4 A位掺杂对钙钛矿型复合氧化物催化活性的影响

3.2.5 A位和B位同时掺杂离子对催化活性的影响

3.2.6 H2-TPR程序升温还原结果

3.3溶胶-凝胶法制备钙钛矿型复合氧化物

3.3.1溶胶-凝胶法的合成路线

3.3.2 A位掺杂对钙钛矿型复合氧化物结构的影响

3.3.3 H2-TPR程序升温还原结果

3.4不同制备方法制备的钙钛矿复合氧化物的异同

3.4.1比表面积的比较

3.4.2物相结构

3.4.3氧化性能比较

3.4.4 H2-TPR结果比较

3.5小结

第四章催化分解N2O的性能评价

4.1引言

4.2催化分解N2O性能评价结果

4.2.1固相反应法制备的催化剂分解N2O评价结果

4.2.2溶胶-凝胶法制备的催化剂分解N2O的评价结果

4.3小结

第五章 钙钛矿型复合氧化物同时脱除碳黑颗粒和NOx的反应评价

5.1引言

5.2催化剂反应性能评价

5.2.1固相反应法制备的钙钛矿复合氧化物性能评价结果

5.2.2溶胶－凝胶法制备的钙钛矿复合氧化物反应性能评价结果

5.2.3不同NO浓度对钙钛矿型复合氧化物催化性能的影响

5.2.4不同合成方法对钙钛矿型复合氧化物反应性能的影响

5.3小结

结论

参考文献

致 谢