随着经济的发展和城市化进程的加快，汽车已经成为人类生活生产过程中最重要的交通工具，随之而来的尾气污染问题也逐渐成为人们关注的热点。柴油车以其高动力性和经济性备受关注，但其尾气中的碳烟颗粒物和NOx是最主要且较难去除的污染物，如何提高二者的去除率，是控制柴油车尾气排放的关键。因此，亟待寻找一种高性能的催化剂达到同时高效去除柴油车尾气中的碳烟颗粒物和NOx。钙钛矿型催化剂材料以其高催化性能被认为是最具潜力的新型柴油车尾气处理催化剂。
本文选用钙钛矿型催化剂LaCoO3作为基础催化剂，选择柠檬酸络合法在不同的制备条件下进行催化剂前体的制备，并采用碱金属离子（K+）和过渡金属离子（Mn2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+）分别对钙钛矿型催化剂的A位和B位离子进行掺杂取代，利用常压固定床反应装置对所制得的催化剂进行催化活性实验，考察A位和B位离子的掺杂取代对钙钛矿型催化剂催化性能的影响。通过SEM，XRD，BET，FT-IR等手段对反应前后的催化剂形貌和结构进行表征，并进一步探讨其催化机理。
（1）通过改变制备催化剂前体溶液的pH和煅烧温度，制备不同的LaCoO3催化剂样品，考察不同的制备条件对合成钙钛矿型结构的影响。将所合成的催化剂样品进行催化性能测试，结合各样品的XRD、SEM和BET等表征分析，发现过高的煅烧温度容易发生烧结现象，使催化剂比表面积下降。酸性条件较碱性条件更有利于络合反应。因而选择前驱体溶液pH=4、煅烧温度为650℃条件下进行改性钙钛矿型催化剂的制备。
（2）选用碱金属离子K+对钙钛矿型复合氧化物ABO3中A位La基离子进行掺杂取代，采用柠檬酸络合法制备改性钙钛矿型催化剂La1-xKxCoO3（x=0~0.5）样品，通过固定床实验及表征分析考察K+的La基掺杂取代量对柴油车尾气中碳烟颗粒物和氮氧化物去除效率的影响。随着K+掺杂量的增加，越来越多的K+迁移到钙钛矿的晶格内，增加了钙钛矿型结构中的氧空位，降低了Soot的氧化燃烧温度，改善了所制得的催化剂的性能。当K+取代量x=0.3时，La1-xKxCoO3样品催化脱除效率最高，对Soot和NO去除率分别可以达到84.7％和80.8%。
（3）选择Mn2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+四种过渡金属离子对钙钛矿型复合氧化物ABO3中的B位Co基离子进行掺杂取代，制得钙钛矿型催化剂LaCo1-yMyO3样品，取代量y=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5，通过一系列表征分析和催化活性实验发现过渡金属离子对B位的掺杂取代并不改变钙钛矿型的晶体结构，并且在对Soot和NO的催化方面有更强的催化活性。其中Mn2+的掺杂取代量y=0.4时，改性钙钛矿型催化剂对Soot的去除率达到89.2%，对NO的催化效率高达84.5%。
（4）采用取代量x=0.3的K+进行A位La基掺杂取代的同时，将Mn2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+以实验所得的最佳取代量对B位离子分别进行掺杂取代改性。通过固定床实验和一系列表征分析对四种A、B位共同掺杂取代的改性钙钛矿型催化剂进行催化性能评价，认为改性钙钛矿型催化剂La0.7K0.3Co0.6Mn0.4O3对Soot和NO的去除率最高，去除率分别可以达到92.8%和93.4%，尤其大幅度提高了对尾气中NO的去除率。
本文利用改性的钙钛矿型催化剂对模拟柴油车尾气的碳烟颗粒物和氮氧化物进行催化脱除，探讨了利用A位和B位掺杂取代制备改性钙钛矿型催化剂，优选出对Soot和NO高去除率的最佳改性金属组合和配比，并探究其催化去除机理，获得了一种高效去除柴油车尾气Soot和NO的非贵金属催化材料，可以为后续柴油车尾气的去除研究提供理论依据。
- 作 者：
- 连欢
- 学科专业：
- 环境科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 太原理工大学
- 导师姓名：
- 梁美生
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
