一氧化碳(CO)作为空气中主要的污染物之一,主要来自于汽车尾气中碳氢化合物(HC)和其他石化燃料的不完全燃烧,而这些源头都是高温燃烧,所以要从源头上消除CO就需要寻找高效、低廉的催化剂,这也成为当前环境保护的一项迫切任务。高温催化剂不仅对活性组分有很高的要求,比如不能被氧化、烧结等;而且也要求催化剂的载体不易变形、坍塌。
本论文采用硝酸氧化对碳化硅面进行表面氧化处理后,通过掺杂稀土金属Ce、Zr对碳化硅表面进行修饰,并以CeO2/SiC、Zr2O3/SiC和CeO2-Zr2O3/SiC作为载体,分别制备了Pt、Pd、PtPd负载催化剂,采用BET、FTIR、XRD、TEM、XPS和UV-Vis等手段对催化剂进行了表征,并利用连续流动微反-色谱装置在线评价了催化剂在CO氧化中的催化活性,研究了载体碳化硅表面改性对催化剂性能的影响、稀土金属在催化剂中的作用,确定了活性组分Pt、Pd金属的最佳含量;对比了空速对CO催化活性的影响。此外,对催化剂的高温活性和抗老化性进行了探索。主要结论如下:
(1)将市售碳化硅(SiCas-received)用硝酸进行表面氧化前处理后,采用化学沉积法在表面掺杂Ce、Zr进行修饰、改性,通过BET、FTIR、XRD、XPS结合自制的色谱-微反评价装置,考察了碳化硅改性前后的表面组成以及对负载铂、钯催化剂催化活性的影响。结果表明,碳化硅表面氧化后,表面SiO2含量增加,有利于Ce、Zr掺杂,经过Ce、Zr表面修饰的复合载体,比表面积由16 m2/g增加到了70.6 m2/g,促进了铂、钯金属粒子的分散,提高了催化活性和稳定性,而Ce、Zr同时掺杂效果更好。对于单稀土金属修饰,当Ce或Zr的含量均为8％时,铂、钯催化剂的催化活性最好,其中 Pt1/Ce8/SiC、Pt1/Zr8/SiC、Pd1/Ce8/SiC和 Pd1/Zr8/SiC的 T100值分别为198℃、209℃、219℃、255℃;对于双稀土金属掺杂的催化剂,当Ce、Zr的含量分别为3%、5%时,Pt1/Ce3Zr5/SiC和Pd1/Ce3Zr5/SiC催化剂的T100值分别为144℃和155℃。
(2)以Ce3Zr5/SiC为载体,采用共沉积法和分步沉积法分别制备了不同铂、钯含量的双金属负载催化剂Pt-Pd/Ce3Zr5/SiC和Pt/Pd/Ce3Zr5/SiC,考察了沉积方法、沉积顺序、活性组分沉积量等因素对负载铂、钯催化剂的性能及其在 CO氧化中的催化活性的影响。结果表明,分步沉积法制备的催化剂Pt/Pd/Ce3Zr5/SiC具有更好的催化活性,当Pd沉积在底层,Pt沉积在上层,且Pt、Pd含量均为0.5%时,催化活性最高, T100值低至110℃。
(3)将催化剂Pt0.5/Pd0.5/Ce3Zr5/SiC在500℃下连续催化CO氧化120小时,考察其高温活性和抗老化性能。结果表明,该催化剂在500℃下持续高效催化CO长达120小时以后,活性几乎没有降低,CO转化率仍然可达99%以上。并且,将其长时间敞口暴露在空气和自然光条件下(最长60天),经过还原后活性基本可以完全恢复。
- 作 者：
- 王光应
- 学科专业：
- 应用化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 山西大学
- 导师姓名：
- 方莉
- 学位年度：
- 2014
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
