介孔钛交联蒙脱土固体酸催化剂制备及其对NO选择还原催化性能的研究

论文摘要

由于氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物,NOx的过度排放能形成酸雨和光化学烟雾,使得NOx的催化分解和还原被广泛研究。更加严厉的条例要求降低碳氢化合物、碳氧化合物和氮氧化合物的排放。在贫燃条件下,发动机能够排放较少的CO和HC等污染物,但NOx的污染增加。传统的三效催化剂主要在理论空燃比附近净化CO、HC和NOx、,而在贫燃条件下不能有效的消除NOx,为此,研究和开发贫燃条件下汽车尾气净化催化剂,成为目前国际上的热点和挑战性课题。 本文研究以钠基蒙脱土为基质,以钛酸丁酯为钛源,利用溶胶凝胶法能对钛源进行控制的优点,制得具有良好介孔结构的钛交联蒙脱土,采用SO42-和Ce改性的方法,制得Ce和SO42-改性钛交联蒙脱土(Ce/SO42-/Ti-PILM)作为载体,制成铜基Ce和SO42-改性的钛交联蒙脱土催化剂(Cu/Ce/SO42-/Ti—PILM)。采用XRD、DTA、IR、BET、NH3-TPD、Py-IR、FT-IR和XPS等分析手段表征催化剂结构与性能的关系,并考察了制备条件对催化活性的影响。研究结果表明:1.SO42-改性交联蒙脱土,在交联柱上形成了鳌合双配位化合物,增加了催化剂 表面的酸性,促使了Bronsted（B）酸中心的形成。活性测试结果表明,SO42-改 性后催化剂选择还原NO的转化率得到大幅度提高。2.Ce改性对其结构和性能有明显的影响。结构测试结果表明,经Ce改性的催 化剂不仅能提高催化剂的热稳定性,还能提高活性物种铜在催化剂表面的还 原能力,从而在催化剂活性测试中表现了较好的活性和热稳定性。3.钛交联剂能很好的撑丌蒙脱土的土层,使制得的钛交联蒙脱土载体的比表面 积明显增大,并且形成良好的介孔结构,孔径分布集中在3-7 nm;经SO42-和Ce改性的催化剂孔径均一性得到提高,孔径分布集中在4nm左右。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• x治理途径'>1.2 NO_x治理途径
• x的催化分解'>1.2.1 NO_x的催化分解
• x的催化还原'>1.2.2 NO_x的催化还原
• 1.3 蒙脱土及交联蒙脱土的研究
• 1.3.1 蒙脱土的矿物学特征
• 1.3.1.1 蒙脱土的晶体结构及晶体化学
• 1.3.1.2 八面体片、四面体片及离子占位
• 1.3.1.3 层间域及层的堆垛
• 1.3.1.4 层电荷和有序度
• 1.3.1.5 蒙脱石的化学组成
• 1.3.2.交联蒙脱土的制备及研究进展
• 1.3.2.1 交联蒙脱土的制备
• 1.3.2.2 交联蒙脱土多孔材料的发展
• 1.3.3 催化剂及催化载体
• 1.4 论文选题思路和主要内容
• 参考文献
• 第二章 催化剂制备及其催化性能的研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 化学试剂与实验仪器
• 2.1.2 载体及催化剂的制备
• 2.1.2.1 交联蒙脱土的制备
• 2.1.2.2 交联蒙脱土的改性
• 4^2-／Al-PILM催化剂的制备'>2.1.2.3 Cu基SO₄^2-／Al-PILM催化剂的制备
• 4^2-／Zr-PILM催化剂的制备'>2.1.2.4 Cu基SO₄^2-／Zr-PILM催化剂的制备
• 4^2-／TI-PILM催化剂的制备'>2.1.2.5 Cu基SO₄^2-／TI-PILM催化剂的制备
• 2.1.3 催化剂的活性性评价
• 2.1.3.1 催化剂的活性测定方法
• 2.1.3.2 实验装置
• 2.1.3.3 实验步骤
• 2.2 制备条件的研究
• 2.2.1 载体性质对催化剂活性的影响
• 2.2.2 交联剂种类的考察
• 2.2.3 交联剂用量对催化活性的影响
• 2O对催化剂活性的影响'>2.2.4 Ti／H₂O对催化剂活性的影响
• 2.2.5 交联温度对催化剂活性的影响
• 2.2.6 焙烧温度对催化剂活性的影响
• 2.2.7 铜负载量对催化剂活性的影响
• 2.3 催化剂的物化性能表征
• 2.3.1 低角XRD分析
• 2.3.2 催化剂的比表面积和孔径分布分析
• 2.3.3 XPS分析
• 2.3.4 表面形貌（SEM）分析
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 4^2-改性铜基钛交联蒙脱土催化剂的研究'>第三章 SO₄^2-改性铜基钛交联蒙脱土催化剂的研究
• 4^2-／Ti-PILM催化剂的制备'>3.1 Cu基SO₄^2-／Ti-PILM催化剂的制备
• 4^2-用量对催化活性的影响'>3.2 酸改性及SO₄^2-用量对催化活性的影响
• 4^2-引入对催化剂物化性能的影响'>3.3 SO₄^2-引入对催化剂物化性能的影响
• 3.3.1 热重分析（TG）分析
• 3.3.2 吡啶吸附红外光谱（Py-IR）分析
• 3.3.3 程序升温脱附法（TPD）分析
• 3.3.4 FT-IR分析
• 3.3.5 XPS分析
• 3.3.6 催化剂的比表面积和孔径分布分析
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 4^2-／Ti-PILM的研究'>第四章 稀土元素Ce改性Cu／SO₄^2-／Ti-PILM的研究
• 4^2-／Ti-PILM催化剂的制备及反应性能评价'>4.1 Cu／SO₄^2-／Ti-PILM催化剂的制备及反应性能评价
• 4^2-／Ti-PILM催化剂的制备'>4.1.1 Cu／SO₄^2-／Ti-PILM催化剂的制备
• 4.1.2 Ce改性对催化活性的影响
• 4^2-／Ti-PILM催化剂活性的影响'>4.1.3 Ce添加方式对Cu／SO₄^2-／Ti-PILM催化剂活性的影响
• 4.1.4 反应条件对催化剂活性的影响
• 4.1.4.1 催化剂活化条件对催化性能的影响
• 4.1.4.2 反应气中氧气浓度的影响
• 4.1.4.3 反应空速对催化剂活性的影响
• 4.1.4.4 反应气中丙烯浓度影响
• 4.1.4.5 反应气中水蒸汽的影响
• 4^2-／Ti-PILM催化剂的物化性能表征'>4.2 Cu／Ce／SO₄^2-／Ti-PILM催化剂的物化性能表征
• 4.2.1 低角XRD分析
• 4.2.2 差热分析（DTA）分析
• 4.2.3 比表面积和孔径分布分析
• 3-TPD）分析'>4.2.4 氨程序升温脱附（NH₃-TPD）分析
• 4.2.5 广角XRD测试分析
• 4.2.6 表面形貌（SEM）分析
• 4.2.7 程序升温还原（TPR）分析
• 4.2.8 XPS分析
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 附录
• 致谢