钯和六铝酸盐催化剂的催化燃烧实验研究

论文摘要

随着化石能源开发利用引起的污染危害日益被人类所认识,使用环境危害程度低的替代燃料,开发低污染的能源生产技术是目前的研究热点。与传统燃烧方式相比,催化燃烧具有较高的燃烧效率,同时能够显著降低燃料燃烧过程中NOx、未燃尽碳氢化合物（UHC）、CO排放。因此,催化燃烧的相关研究正受到世界各国越来越广泛的关注。深入研究催化燃烧反应机理,开发具有良好低温起燃活性和高温热稳定性的催化剂是催化燃烧的关键问题之一。本文以负载型钯和六铝酸盐两类催化剂为研究对象,从制备方法、表征分析及催化活性等方面进行了研究。通过XRD、BET等方法对用La、Mn氧化物对氧化铝载体进行改性制备的4种负载型钯催化剂进行了表征分析。研究发现:0.5Pd/Al2O3催化剂以θ-Al2O3晶相为主,添加Mn的催化剂中Mn主要以Mn3O4的形式存在,添加La的催化剂中La以LaAlO3的形式存在。同时添加La、Mn的催化剂以六铝酸盐LaMnAl11O19为主相。La、Mn离子的引入使得催化剂的孔洞在焙烧过程中被填充和闭合。采用BET、XRD、TG、XPS等方法对浸渍法和共沉淀法制备的LaMnAl11O19六铝酸盐型催化剂进行了表征分析。1200℃焙烧后,催化剂形成了完整的六铝酸盐晶相。随着焙烧温度的升高,多孔性物质发生不同化合物颗粒间结合、小孔道闭合、致密化及孔粗化等过程,孔径逐渐向大孔方向偏移。通过对四种负载Pd的催化剂进行活性测试实验,发现其对CO、H2和CH4的起燃顺序为H2>CO>CH4. CO和H2的T10和T90比较接近,可以认为同时起燃,且明显低于CH4的转化温度。在低温阶段,Mn离子的存在对催化剂活性的提高起主要作用;高温阶段,La离子的存在提高了催化剂的高温热稳定性,而Mn离子的存在则提高了其催化燃烧活性。对用浸渍法和共沉淀法两种方法制备的六铝酸盐LaMnAl11O19催化剂进行活性测试实验,发现其对CO, H2和CH4的催化氧化活性顺序为CO>H2>CH4。在低温阶段,共沉淀法所得的催化剂活性优于浸渍法,可能是共沉淀法制备的催化剂中活性物种Mn离子可在较低温度下还原,提供更多催化燃烧所需要的晶格氧;高温阶段,共沉淀法所得催化剂对CH4的催化燃烧温度略高,主要是受催化剂的物理化学结构的影响。对比两类催化剂,发现负载Pd后提高了对CO、H2和CH4的催化活性,其中对CO和H2催化活性的提高明显高于CH4,说明PdO对CO和H2具有更强的催化活性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 催化燃烧反应机理
• 1.3 燃烧催化剂的研究进展
• 1.4 催化剂的制备方法
• 1.5 本文研究内容
• 2 钯负载型催化剂的制备与表征
• 2.1 催化剂的制备
• 2.2 催化剂的表征
• 2.3 催化剂的表征结果与分析
• 2.4 本章小结
• 11O₁₉ 六铝酸盐型催化剂的制备与表征'>3 LaMnAl₁₁O₁₉六铝酸盐型催化剂的制备与表征
• 3.1 催化剂的制备
• 3.2 催化剂的表征
• 3.3 催化剂的表征结果与分析
• 3.4 本章小结
• 4 催化剂催化燃烧实验研究
• 4.1 实验装置
• 4.2 钯催化剂的催化活性分析
• 4.3 六铝酸盐催化剂的催化活性分析
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文