柴油车由于具有燃油效率高、耐久性好、二氧化碳排放量低等优点,而得到广泛应用,但是柴油车尾气中的碳烟(soot)颗粒严重污染大气环境,威胁人类的生存。目前,与过滤捕集技术(DPF)相结合的催化燃烧技术被认为是最为有效的soot消除后处理技术。在报导的soot催化燃烧催化剂中,贵金属催化剂活性最高,但是贵金属在高温下易烧结,且价格昂贵,故本文重点研究同时具有高活性和高稳定性的贵金属Pd掺杂的钙钛矿型和水滑石基系列催化剂。
首先,采用柠檬酸络合法制备了K、Pd掺杂的La1-xKxCo1-yPdyO3-δ(x=0,0.1;y=0,0.05)及Pd/La1-xKxCoO3-δ(x=0,0.1)系列催化剂,研究了不同掺杂方式对钙钛矿的结构及催化性能的影响。研究发现,K和Pd同时掺杂的催化剂具有最高的soot燃烧反应活性。K/Pd的同时掺杂使催化剂的比表面积增大、氧化还原性增强、表面氧物种增多;此外,Pd在钙钛矿结构中以高于+2价的形式存在,极大增强了对NO的催化氧化能力,而且Pd被掺入钙钛矿晶格后有效地抑制了其自身的烧结。通过对尾气中NO2的浓度的监测,获得了NO2参与soot氧化的直接证据,据此提出了可能的soot燃烧反应机理。
然后,针对钙钛矿型催化剂比表面积较小的缺点,改用恒定pH值共沉淀法制备的CoAl水滑石基氧化物为载体,考察了K、Pd掺杂的CoAl水滑石基催化剂对soot燃烧的性能。结果表明,K、Pd同时负载的催化剂K/P/CA具有最高的soot燃烧活性,这是由于K、Pd各自作用得到发挥的同时,K的存在促进了Pd活性物种的释放。K的作用表现在:①促进Co物种和Pd物种的释放,增加活性位的数量;②增强了表面晶格氧的移动性;③促进了NO在催化剂表面的吸附。Pd的作用可以归结为:①提高催化剂的氧化还原性;②促进NO催化氧化为NO2,加快soot燃烧反应速率。InsituFT-IR表明,soot燃烧反应有三条路径:氧溢流机理、NO2辅助氧化机理及硝酸盐氧化机理。
最后,对CoAl水滑石基氧化物载体进行掺杂Mg改性,进一步探讨K、Pd掺杂的Co2.5Mg0.5Al水滑石基催化剂对soot燃烧活性的性能。研究发现,K和Pd的作用与CoAl水滑石基系列催化剂基本相似,而Mg的加入具有两面性,一方面会与掺杂的Pd产生相互作用,抑制K的促进作用,另一方面在K、Pd同时负载的样品中,会提供碱性位,促进soot催化氧化。InsituFT-IR发现,soot燃烧反应也主要有三条路径:NO2辅助氧化机理、硝酸盐氧化及氧溢流直接氧化机理。与传统催化剂Pd/Al2O3相比,由于Pd与水滑石基载体中其它离子间存在相互作用,使得K/P/CA和K/P/CMA催化剂中Pd的烧结被有效抑制。
- 作 者：
- 郭欣
- 学科专业：
- 工业催化
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 天津大学
- 导师姓名：
- 孟明
- 学位年度：
- 2013
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
