铜铁矿型催化剂对柴油机尾气中颗粒物和氮氧化物同时去除的研究

摘要

柴油发动机因其燃油经济性好、可靠性高、动力大、寿命长等优点而得到广泛的应用,但是柴油机尾气中的颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)却会对人类的健康和生存环境造成严重的危害。由于PM和NOx在柴油机内生成的机理存在trade-off关系,很难通过传统技术手段将两者同时去除。因此,为了满足日益严格的排放要求,柴油机尾气后处理技术成为当前的研究热点。
　　本文对铜铁矿型催化剂同时催化去除柴油机排放的颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)展开了实验研究。在模拟柴油机排气环境中,采用程序升温技术,以碳黑模拟柴油机尾气中的PM,以铜铁矿型复合金属氧化物作为催化剂,考察了催化剂对于PM和NOx的同时催化去除效果。主要工作如下:
　　1.采用高温固相法进行了铜铁矿型金属氧化物KFeO2、KAlO2催化剂的制备,对其同时催化去除PM和NOx的性能进行了实验研究。考察了制备温度对于催化剂晶型以及催化活性的影响。研究结果表明,KFeO2、KAlO2催化剂都具有同时去除PM和NOx的效果。800℃下制备得到的KFeO2、KAlO2催化剂都具有最低的起燃温度,900℃下制备得到的KFeO2催化剂和1000℃下制备得到的KAlO2催化剂分别具有最高的最大NOx向N2转化效率。但是,催化剂的抗水性较弱,难以满足实际应用的要求。
　　2.采用高温固相法和溶液燃烧法制备了铜铁矿型金属氧化物LiCrO2、LiCoO2作为催化剂,进行了同时催化去除PM和NOx的实验研究。考察了制备方法和制备温度对于催化剂晶型以及催化活性的影响。研究结果表明,LiCrO2和LiCoO2催化剂都具有同时催化去除PM和NOx的效果。采用溶液燃烧法制备得到的催化剂样品与高温固相法制备所得相比,具有更好的催化性能。催化剂制备温度变化对催化性能的影响,呈现出与KFeO2、KAlO2催化剂相同的规律。较低的制备温度,有助于减小催化剂的比表面积,增大催化剂与碳黑的接触,降低碳黑的起燃温度;适当的制备温度,有助于增加催化剂的结晶度,提高催化剂使NOx向N2的转化效率。同时,LiCrO2、LiCoO2催化剂具有较强的抗水性,能够满足实际应用的要求。
　　3.对600℃下溶液燃烧法制备的LiCoO2催化剂(起燃温度、最大燃烧温度、最大NOx向N2转化效率分别为290℃、356℃、30.8％),进行贵金属Ag和碱金属K的负载,进一步提高催化剂催化去除PM和NOx的能力。催化剂负载Ag以后,起燃温度会有明显的降低,但是对于NOx向N2转化效率没有明显的改进效果。随着Ag负载量的增加,起燃温度逐渐上升,过量的Ag负载反而不利于催化剂催化性能的提升。其中,负载2.5%质量比Ag的LiCoO2催化剂具有最低的起燃温度,为250℃。催化剂负载K以后,对于PM和NOx的催化性能都有明显的提升,其中催化效果最佳的是,负载10%质量比K的LiCoO2催化剂,起燃温度、最大燃烧温度、最大NOx向N2转化效率分别为246℃、308℃、35.9%。

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第一章 绪论

1.1前言

1.2柴油机排放污染物的形成与危害

1.3柴油机排放法规与标准

1.4柴油机排放控制技术

1.5本课题的研究目标和主要内容

第二章 实验装置与分析方法

2.1前言

2.2化学试剂、原料和实验设备

2.3催化剂的表征

2.4催化剂活性测试装置

2.5本章小结

第三章 KFeO2和KAlO2催化剂同时催化去除PM和NOx性能

3.1前言

3.2催化剂的制备与表征

3.3结果和讨论

3.4本章小结

第四章 LiCrO2和LiCoO2催化剂同时催化去除PM和NOx性能

4.1前言

4.2催化剂的制备与表征

4.3结果和讨论

4.4本章小结

第五章 LiCoO2催化剂改性同时催化去除PM和NOx性能

5.1前言

5.2催化剂的制备与表征

5.3结果和讨论

5.4本章小结

第六章 全文总结

6.1主要结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表或录用的论文