机动车尾气净化金属蜂窝催化剂的制备工艺及老化研究

论文摘要

机动车尾气排放是我国大气环境的主要污染源,通常采用机内控制和机外净化的方法进行治理,其中采用安装三元净化催化剂的机外净化方法治理机动车尾气排放最为有效。目前关于三元催化剂的热点问题主要是提高催化剂冷启动性能、降低贵金属用量及提高催化剂使用寿命。首先按照商业化制备工艺制备了贵金属负载型金属蜂窝催化剂,采用模拟配气催化剂评价手段考察了催化剂的温度特性及老化特性。研究发现制备的催化剂性能处于“不稳定”状态,高温老化处理不仅未使催化剂达到老化的目的,反而提高了催化剂的催化活性。为此,开展了以下的系统研究:浸渍法分别制备了不同焙烧温度的负载型金属蜂窝催化剂,考察了焙烧温度对催化剂性能、结构的影响。研究表明,焙烧对催化剂性能有较大影响,最佳焙烧温度范围为650℃～750℃;在最优化工艺条件下,导致催化剂活性提高的原因包括:催化剂表面形成铈锆固溶体,活性组分Pd以PdOx/Pd形态高度分散于催化剂表面并可能形成活性更高的Ce1-xPdxO2-δ形态的固溶体。浸渍法制备了不同活性组分和二载涂层的两个系列的低钯负载型金属蜂窝催化剂,研究了催化剂温度特性及老化特性。研究认为以添加铈锆固溶体的氧化铝为二载涂层,添加助催化剂V、Cu的催化剂性能最好;大幅度降低贵金属用量（0.6g/Lcat降至0.2g/Lcat）未导致催化剂活性大幅下降,采用贵金属用量为0.2g/Lcat制备催化剂是可行的。按照最优化工艺条件及配方制备了催化转化器,使用WY125-16D闭环电喷供油摩托车,采用DPC-1型摩托车底盘测功机转鼓试验台,按照CEC-40工况法监测原机、1000km及10000km后排放性能。研究表明,加装催化转化器的样车排放满足欧Ⅱ标准,催化剂性能下降的原因主要是积碳,催化转化器匹配的科学设计是影响催化转化器净化性能和使用寿命的关键。

论文目录

• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.1.1 机动车尾气排放污染
• 1.1.2 机动车尾气排放控制
• 1.1.3 机动车尾气排放净化催化剂
• 1.2 三效催化剂
• 1.2.1 载体
• 1.2.2 活性组分
• 1.2.3 涂层和助催化剂
• 1.2.4 制备工艺
• 1.3 机动车尾气净化催化剂的失活
• 1.3.1 老化
• 1.3.2 中毒
• 1.4 目前研究热点问题
• 1.5 课题研究目的及选题意义
• 第二章 高温老化对负载型金属蜂窝催化剂性能的影响
• 2.1 引言
• 2.1.1 催化剂的高温老化
• 2.1.2 助催化剂的改性作用
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 催化剂制备
• 2.2.2 催化剂的高温老化
• 2.2.3 活性评价实验
• 2.2.4 SEM实验
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 循环实验结果
• 2.3.2 活性评价结果
• 2.3.3 SEM实验结果
• 2.4 分析讨论
• 2.4.1 高温焙烧对催化剂氧化活性的影响
• 2.4.2 高温焙烧对催化剂动力学转化能力的影响
• 2.4.3 涂层添加剂的改性作用对催化剂氧化活性的影响
• 2.4.4 催化剂表面形貌分析
• 2.5 小结
• 第三章 焙烧温度对负载型金属蜂窝催化剂活性、结构的影响
• 3.1 引言
• 3.1.1 铈锆固溶体
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 催化剂制备
• 3.2.2 催化剂活性评价及表征
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 催化剂活性评价结果
• 3.3.2 XRD实验结果
• 3.3.3 XPS实验结果
• 3.4 分析讨论
• 3.4.1 焙烧对催化剂氧化活性的影响
• 3.4.2 焙烧对催化剂体相结构的影响
• 3.4.3 CZ固溶体的形成对催化剂活性的影响
• 3.4.4 CZ固溶体的形成对催化剂动力学转化性能的影响
• 3.4.5 Pd在催化剂表面赋存状态对催化剂活性的影响
• 3.5 小结
• 第四章 负载型低钯催化剂的配方设计
• 4.1 引言
• 4.1.1 催化剂设计
• 4.1.2 尾气净化相关反应及催化机理
• 4.2 实验设计思路
• 4.2.1 催化剂配方设计
• 4.2.2 催化剂制备、老化及性能表征
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 催化剂活性评价结果
• 4.3.2 XPS实验结果
• 4.4 分析讨论
• 4.4.1 不同二载涂层对催化剂氧化活性的影响
• 4.4.2 不同活性组分对催化剂氧化活性的影响
• 4.4.3 催化剂热稳定性
• 4.4.4 催化剂表面性质分析
• 4.5 小结
• 第五章 负载型金属蜂窝催化转化器匹配性能的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 催化剂制备
• 5.2.2 整车试验
• 5.2.3 催化剂表征
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 道路测试结果
• 5.3.2 SEM实验结果
• 5.3.3 催化剂表面组成分析
• 5.4 分析讨论
• 5.4.1 整车排放测试
• 5.4.2 催化转化器性能下降的原因分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢