稀土双钙钛矿型铜系催化剂的制备及其甲烷催化燃烧性能研究

论文摘要

作为天然气主要成分的甲烷因含碳量低、燃烧时产生的温室气体CO2量少,成为一种较为理想的清洁燃料,但传统火焰燃烧方式存在效率低和污染物排放水平高等问题,催化燃烧是解决这些问题的有效途径,而催化剂是天然气实现催化燃烧的关键。本论文采用溶胶-凝胶法制备了 La2CuB06（B=Mn、Ni、Co）稀土双钙钛矿型催化剂;并用不同方法制备了 La2CuMn06催化剂,相同条件下与对应的单钙钛矿LaMn03进行了比较,同时探索了 A位Ba不同的取代量对La2CuMn06的影响。采用XRD、H2-TPR、BET、SEM、TEM、XPS和磁性测试等表征手段对样品的结构、表面形貌和离子价态等进行了研究,并考察了这些材料的甲烷催化燃烧性能。得到如下结果:（1）采用溶胶-凝胶法在空气气氛中1100℃焙烧3h后,La2CuB06（B=Mn、Ni、Co）均形成稳定的单相稀土双钙钛矿化合物,其中La2CuMn06表现出较好的甲烷催化燃烧活性,T10和T90分别为437.5℃和649.2℃,结合XRD和H2-TPR结果发现,与其晶体结构完善和较低的还原峰温有关。（2）采用溶胶-凝胶法、非晶态合金法和离子液体法均形成了单相的La2CuMn06双钙钛矿结构。其中溶胶-凝胶法制备的La2CuMn06催化剂表面形貌主要呈球形,颗粒相对较小,晶体结构发育完善,氢气还原峰温度较低,甲烷催化燃烧活性最好。（3）对双钙钛矿型催化剂La2CuMn06A位进行Ba取代后发现,少量Ba取代可以提高样品的催化活性,其中La1.9Ba0.1CuMnO6的催化活性最好,其T10和T90分别为 400.1℃和 618.9℃。（4）在相同条件下将双钙钛矿型催化剂La2CuMn06与对应的单钙钛矿型催化剂LaMnO3相比,其起燃温度和完全转化温度分别降低了 53.1℃和116.5 ℃。XPS测试结果显示La2CuMnO6氧空位浓度相对较大。此外,两种催化剂的TPR谱、SEM、TEM和磁性结果具有明显的不同,与其甲烷催化燃烧活性有一定的对应关系。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 甲烷燃烧催化剂的研究现状
• 1.2.1 贵金属催化剂
• 1.2.2 过渡金属氧化物催化剂
• 1.2.3 六铝酸盐催化剂
• 1.2.4 钙钛矿型催化剂
• 1.3 本论文研究思路与主要内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 试剂及仪器
• 2.2 钙钛矿型催化剂的制备
• 2.2.1 溶胶凝胶法制备La-Cu-B-O （B=Mn、Ni、Co）系列催化剂
• 2.2.2 非晶态合金法及离子液体法制备La-Cu-Mn-O催化剂
• 2-xBa_xCuMnO₆的制备'>2.2.3 双钙钛矿型催化剂La_2-xBa_xCuMnO₆的制备
• 2.3 催化剂的活性测试
• 2.4 催化剂的性质表征
• 2.4.1 X-射线衍射表征（XRD）
• 2.4.2 红外光谱测试（FT-IR）
• 2.4.3 比表面积和孔径的测定（BET）及粒径分析
• 2-TPR）'>2.4.4 程序升温还原测定（H₂-TPR）
• 2.4.5 扫描电镜测试（SEM）
• 2.4.6 透射电镜测试（TEM）
• 2.4.7 X-光电子能谱测定（XPS）
• 2.4.8 磁性测定（Magnetism techniques）
• 2CuBO₆（B=Mn、Ni、Co）催化剂的制备及其甲烷催化燃烧性能比较研究'>第三章 La₂CuBO₆（B=Mn、Ni、Co）催化剂的制备及其甲烷催化燃烧性能比较研究
• 引言
• 2CuBO₆ （B=Mn、Ni、Co）催化剂的制备'>3.1 La₂CuBO₆（B=Mn、Ni、Co）催化剂的制备
• 2CuBO₆（B=Mn、Ni、Co）的表征'>3.2 三种催化剂La₂CuBO₆（B=Mn、Ni、Co）的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 催化剂的XRD分析
• 3.3.2 催化剂的甲烷燃烧活性测试
• 3.3.3 催化剂的比表面及孔结构分析
• 3.3.4 催化剂的傅里叶红外吸收光谱分析
• 2-TPR分析'>3.3.5 催化剂的H₂-TPR分析
• 3.3.6 扫描电镜分析
• 3.3.7 XPS分析
• 3.3.8 磁性分析
• 3.4 小结
• 2CuMnO₆甲烷燃烧催化性能及其物理化学性能的影响'>第四章 制备方法对La₂CuMnO₆甲烷燃烧催化性能及其物理化学性能的影响
• 引言
• 4.1 甲烷燃烧催化剂的制备
• 4.2 甲烷燃烧催化剂的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 催化剂的XRD分析
• 4.3.2 催化剂的甲烷燃烧活性测试
• 4.3.3 比表面积（BET）及粒径分析
• 4.3.4 催化剂的FT-IR表征
• 4.3.5 催化剂的TPR分析
• 4.3.6 催化剂的扫描电镜分析
• 4.3.7 催化剂的磁性分析
• 4.4 小结
• 第五章 A位Ba取代对La2CuMn06结构和性能的影响研究
• 引言
• 2-xBa_xCuMnO₆（x=0,0.05,0.1,0.15,0.2）催化剂的制备'>5.1 La_2-xBa_xCuMnO₆（x=0,0.05,0.1,0.15,0.2）催化剂的制备
• 5.2 甲烷燃烧催化剂的表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 催化剂的XRD分析
• 5.3.2 催化剂的甲烷燃烧活性测试
• 5.3.3 比表面积（BET）及粒径分析
• 5.3.4 催化剂的FT-IR表征
• 5.3.5 催化剂的TPR分析
• 5.3.6 扫描电镜分析
• 5.4 小结
• 2CuMnO₆和LaMnO₃的甲烷催化性能比较'>第六章 La₂CuMnO₆和LaMnO₃的甲烷催化性能比较
• 引言
• 2CuMnO₆和LaMnO₃两种催化剂的制备'>6.1 La₂CuMnO₆和LaMnO₃两种催化剂的制备
• 6.2 甲烷燃烧催化剂的表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 催化剂的XRD分析
• 6.3.2 催化剂的甲烷燃烧活性测试
• 6.3.3 比表面积（BET）及粒径分析
• 6.3.4 催化剂的FT-IR表征
• 6.3.5 催化剂的TPR分析
• 6.3.6 扫描电镜分析（SEM）
• 6.3.7 透射电镜分析（TEM）
• 6.3.8 催化剂的XPS图谱分析
• 6.3.9 催化剂的磁性测试结果及分析
• 6.4 小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢