柴油车尾气处理用钙钛矿复合氧化物催化剂的研究

论文摘要

随着柴油车尾气污染的日益严重,尾气净化成为时势所趋。本论文的主要目的就是合成具有较大比表面积和较高活性的钙钛矿复合氧化物,通过实验室建立的反应装置,考察其同时去除柴油车尾气排放中的碳黑颗粒和NOx的催化活性,为新型汽车尾气净化催化剂的开发奠定基础。分别采用共沉淀法、溶胶-凝胶法合成了LaCoO3型钙钛矿复合氧化物,并考察各种因素对钙钛矿复合氧化物结构和性能的影响。结果表明,共沉淀法制备的LaCoO3型钙钛矿复合氧化物,比表面积较小,在制备过程中还有其它杂相出现;在各个影响因素中,沉淀剂浓度和水用量对所制备钙钛矿复合氧化物的比表面积影响最大。而采用溶胶-凝胶法能够得到晶相完美的钙钛矿复合氧化物,且其具有较大的比表面积,其中,水用量对所制备的钙钛矿复合氧化物的比表面积影响最大。接着,掺杂碱金属和碱土金属对LaCoO3型钙钛矿复合氧化物进行了改性,通过FT-IR分析可知,改性后的钙钛矿复合氧化物中的B-O键的键强增加,并且BO6的对称性发生变化,其对称性增强,其中对溶胶-凝胶法制备的样品改性后的复合氧化物B-O键的键强和BO6的对称性增强得更为明显。用实验室建立的实验装置对所制备的催化剂进行反应性能的评价,研究发现,由共沉淀法和溶胶-凝胶法制备的LaCoO3型钙钛矿复合氧化物催化剂均能够显著降低碳黑颗粒的T10、T50、T90,且能大幅度地提高生成CO2的选择性,同时由NOx向N2转化具有较高的转化率。其中,由溶胶-凝胶法制备的La0.9K0.1CoO3在同时去除柴油车尾气排放的碳黑颗粒和NOx时的活性最好,碳黑颗粒的T10降低了104℃,T90降低了210℃;且La0.9K0.1CoO3能显著的促进NOx向N2的转化,氮氧化物转化为N2的最大转化率可高达69 %。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 柴油车尾气排放特征以及主要污染物的形成和危害
• 1.2.1 柴油车尾气排放特征
• 1.2.2 柴油车尾气排放的主要污染物
• 1.2.2.1 氮氧化物（NOx）
• 1.2.2.2 柴油车排气颗粒物
• 1.3 柴油机的排放标准
• 1.4 碳黑颗粒燃烧催化剂的研究现状
• 1.4.1 碱金属或碱土金属催化剂
• 1.4.2 贵金属催化剂
• 1.4.3 过渡金属催化剂
• 1.4.4 复合型催化剂
• 1.4.4.1 钙钛矿或类钙钛矿型催化剂
• 1.4.4.2 尖晶石型催化剂
• 1.4.4.3 其他复合型催化剂
• 1.5 各种类型催化剂的特点
• 1.6 钙钛矿型复合氧化物催化剂
• 1.6.1 钙钛矿型复合氧化物催化剂的结构
• 1.6.2 钙钛矿型复合氧化物中各种离子的作用
• 1.6.2.1 B 位离子的作用
• 1.6.2.2 A 位离子的作用
• 1.6.3 钙钛矿型复合氧化物催化剂的合成
• 1.6.3.1 机械混合法
• 1.6.3.2 共沉淀法
• 1.6.3.3 溶胶-凝胶法
• 1.6.3.4 其它合成方法
• 1.6.3.5 各种合成方法的优缺点
• 1.7 NOx 和微粒同时去除方法
• 1.7.1 采用新型燃料
• 1.7.2 柴油机的改进
• 1.7.3 柴油机排放后处理技术
• 1.7.3.1 四元催化转化器技术
• 1.7.3.2 等离子体技术
• 1.7.3.3 用催化方法同时去除NOx 和PM 技术
• 1.8 小结
• 第二章 实验部分
• 2.1 前言
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 主要试剂和实验仪器
• 2.2.2 催化剂的制备
• 2.2.2.1 共沉淀法制备钙钛矿复合氧化物催化剂
• 2.2.2.2 溶胶-凝胶法制备钙钛矿复合氧化物催化剂
• 2.2.3 表征方法
• 2.2.3.1 XRD 分析（粉末X-射线衍射）
• 2.2.3.2 氮气吸脱附表征
• 2.2.3.3 红外光谱分析（FT-IR）
• 2.2.3.4 程序升温氧化（TPO）分析
• 2.2.4 催化剂的活性评价
• 2.2.4.1 评价条件以及装置
• 2.2.4.2 色谱工作参数
• 2.2.4.3 评价计算方法
• 第三章 钙钛矿型复合氧化物的制备与表征
• 3.1 前言
• 3.2 钙钛矿型复合氧化物的制备
• 3.2.1 共沉淀法
• 3.2.1.1 pH 值对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.1.2 焙烧时间对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.1.3 焙烧温度对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.1.4 沉淀剂浓度对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.1.5 水用量对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.1.6 沉淀温度对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.1.7 A 位掺杂对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.1.8 小结
• 3.2.2 溶胶-凝胶法
• 3.2.2.1 pH 值对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.2.2 焙烧温度对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.2.3 焙烧时间对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.2.4 成胶温度对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.2.5 水用量对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.2.6 柠檬酸用量对钙钛矿型复合氧化物结构的影响
• 3.2.2.7 小结
• 3.3 不同合成方法制得钙钛矿复合氧化物的异同
• 3.3.1 比表面积的比较
• 3.3.2 物相结构
• 3.3.3 氧化性能比较
• 3.4 小结
• 3型钙钛矿复合氧化物催化剂的反应性能评价'>第四章 LaCoO₃型钙钛矿复合氧化物催化剂的反应性能评价
• 4.1 前言
• 4.2 催化剂反应性能评价
• 4.2.1 溶胶-凝胶法制得的催化剂对反应性能的影响
• 3系列催化剂对Co₂ 浓度的影响'>4.2.1.1 LaCoO₃系列催化剂对Co₂浓度的影响
• 2 浓度的影响'>4.2.1.2 A 位离子掺杂的催化剂对Co₂浓度的影响
• 4.2.1.3 对N2 浓度和产率的影响
• 4.2.2 共沉淀法制得的催化剂对反应性能的影响
• 3系列催化剂对Co₂ 浓度的影响'>4.2.2.1 LaCoO₃系列催化剂对Co₂浓度的影响
• 2 浓度的影响'>4.2.2.2 A 位离子掺杂的催化剂对Co₂浓度的影响
• 4.2.2.3 对N2 浓度和产率的影响
• 4.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢