碱土金属掺杂对Pd/CZA三效催化剂空燃比窗口特性的影响研究

论文摘要

随着汽车尾气污染的日益严重与汽车排放法规的日益严格,对三效催化剂（TWCs）性能提出愈加苛刻的要求。面对复杂的汽车工况运行情况,优良的TWCs在具有高催化转化率同时还应具备宽的空燃比工作窗口。本文针对Pd/Ce0.67Zr0.33-Al2O3三效催化剂体系,考察了高温水热老化、水蒸气及碱土金属掺杂改性对空燃比窗口特性的影响。采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了碱土金属掺杂的Pd/M-Ce0.67Zr0.33-Al2O3催化剂（M=Ca、Sr、Ba）,考察了改性催化剂的空燃比窗口特性及动态储放氧性能（OSC）,通过XRD、BET等表征手段探寻引起催化剂活性变化的原因。研究表明:采用溶胶-凝胶法制备的Pd/Ce0.67Zr0.33-Al2O3催化剂,结晶度差,晶粒较小,具有较好的热稳定性。5%水蒸气气氛下,1050℃水热老化10 h后铈锆固溶体（CZ）未发生分相,催化剂的表面和体相结构得到修饰,空燃比窗口保持了0.125的宽度。反应气氛中存在水蒸气,促进了水煤气变化反应和蒸汽重整反应的进行,进一步扩宽空燃比窗口。碱土金属掺杂改性后,对催化剂结构与性能产生较大影响:①Ca掺杂进入氧化铝晶格中,虽然抑制了氧化铝的烧结,但对拓宽空燃比窗口作用不大;②Sr掺杂同时进入氧化铝和铈锆固溶体晶格中,提高了CO的转化性能以及贫燃时的NOx还原性能,使空燃比窗口向贫燃方向移动,3%的Sr掺杂量具有较优的空燃比窗口特性;③Ba掺杂影响铈锆固溶体结构,提高了其高温稳定性,并大幅提高贫燃时NOx的转化率,拓宽了空燃比窗口。催化剂的空燃比窗口与催化剂的比表面积大小无直接关联,主要受催化剂OSC性能的影响。催化剂OSC性能越好,空燃比窗口越宽。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.1.1 汽车尾气排放污染
• 1.1.2 汽车尾气排放控制
• 1.1.3 三效催化剂与空燃比窗口
• 1.2 空燃比窗口研究
• 1.2.1 拓宽空燃比窗口的方法
• 1.2.2 空燃比窗口与储氧材料
• 1.2.3 铈锆固溶体的研究进展
• 1.3 碱土金属掺杂对空燃比窗口影响研究
• 1.3.1 碱土金属掺杂对铈锆固溶体改性研究
• 1.3.2 碱土金属掺杂对水气变换和蒸汽重整反应的影响
• 1.4 课题研究目的及意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及主要仪器
• 2.1.1 试剂与原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 样品制备
• 2.2.1 铈锆氧化铝固溶体制备
• 2.2.2 贵金属负载
• 2.2.3 水热处理
• 2.2.4 样品编号
• 2.3 催化剂空燃比窗口特性测试
• 2.4 催化剂的储放氧性能评价（OSC）
• 2.5 催化剂结构表征
• 2.5.1 X射线衍射分析（XRD）
• 2.5.2 BET 测试
• 第三章 实验结果与讨论
• 3.1 未掺杂样品
• 3.1.1 引入水蒸气前后催化剂空燃比窗口特性结果
• 3.1.2 老化前后催化剂空燃比窗口特性结果
• 3.1.3 小结
• 3.2 Ca 掺杂样品
• 3.2.1 空燃比窗口性能结果
• 3.2.2 BET 实验结果
• 3.2.3 XRD结果
• 3.2.4 OSC 实验结果
• 3.2.5 讨论
• 3.2.6 小结
• 3.3 Sr 掺杂样品
• 3.3.1 空燃比窗口特性结果
• 3.3.2 BET 实验结果
• 3.3.3 XRD结果
• 3.3.4 OSC 实验结果
• 3.3.5 讨论
• 3.3.6 小结
• 3.4 Ba 掺杂样品
• 3.4.1 空燃比窗口特性结果
• 3.4.2 BET 实验结果
• 3.4.3 XRD结果
• 3.4.4 OSC 实验结果
• 3.4.5 讨论
• 3.4.6 小结
• 3.5 不同掺杂元素对催化剂性能的影响
• 第四章 结论
• 第五章 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢