论文摘要
CO低（常）温催化氧化由于在许多方面具有重要的实用价值而颇受关注，如用于地下矿井的过滤式自救器和消防自救呼吸器、CO气体传感器、封闭式CO2激光器以及密闭系统内CO的消除等方面。同时，由于反应体系简单，在理论研究方面CO氧化还常常用作研究氧化催化剂的探针反应，以揭示催化剂的结构与性能之间的关系，探讨反应机理。Co3O4作为一种非贵金属催化剂用于CO的低温催化氧化近年来已成为研究的热点之一。虽然表现出相当高的催化活性，但是Co3O4催化剂存在着热稳定性和抗水性能差等缺点。本文研究了CeO2-Co3O4催化剂的制备、表征及其在CO低温催化氧化中的应用。首先考察了浸渍法、共沉淀法和溶胶凝胶法三种不同制备方法对其CO低温氧化性能的影响，然后着重研究了浸渍法掺杂CeO2对Co3O4结构以及CO低温催化氧化性能影响，通过XRD、N2-物理吸附、TEM、TPR、FT-IR等表征手段对催化剂的结构进行了系统研究，通过对比掺杂CeO2前后催化剂结构的变化以及抗水性能的差异，对CeO2-Co3O4催化剂具有优异的抗水性能的可能原因进行了探索。得到的主要结果和结论如下：1．通过比较浸渍法、共沉淀法、溶胶凝胶法制备的CeO2-Co3O4催化剂CO催化氧化性能发现，采用浸渍法制备的CeO2含量为5％的CeO2-Co3O4催化剂对CO氧化具有最低的起燃温度，最高的催化活性；2．通过不同焙烧温度对浸渍法制备的CeO2含量为5％的CeO2-Co3O4催化剂CO催化氧化性能影响的考察发现，400℃焙烧的CeO2含量为5％的CeO2-Co3O4催化剂对CO氧化具有最低的起燃温度，最高的催化活性；而高温焙烧的催化剂起燃温度升高，活性降低，特别是800℃焙烧后催化活性明显降低，起燃温度达到了100℃以上；3．考察了CeO2的掺杂对Co3O4催化剂结构以及CO低温催化氧化性能的影响，并且结合一系列的表征手段，对CeO2-Co3O4催化剂具有好的催化活性以及稳定性作了解释；对于CeO2-Co3O4催化剂表现出的非常高的抗水性能给出了可能的原因。得出如下主要结果：1)．室温，没有水存在条件下，相对于单一组分的Co3O4催化剂，CeO2-Co3O4催化剂具有较高的催化稳定性和活性；对于纯的CeO2催化剂催化性能则较差。2)．CO氧化抗水性考察发现，当原料气中水含量为0．6％时，常温下，单一组分Co3O4催化剂和CeO2-Co3O4催化剂稳定性都比较差，仅仅能维持CO完全转化20 min，但是当反应温度提高到110℃时，Co3O4催化剂完全转化CO的时间增加到了100 min左右，而CeO2-Co3O4催化剂完全转化CO的时间则达到了至少8400 min，表现出了优异的抗水性能。对于纯的CeO2催化剂对CO转化率则较差；3)．通过XRD，TEM，N2-adsorbtion,TPR，FT-IR等表征手段发现，比较Co3O4催化剂，CeO2-Co3O4催化剂具有较小的粒径，较大的比表面积，Co3O4为尖晶石结构，CeO2则以高分散状态存在于催化剂中，同时由于CeO2的掺杂存在CeO2和Co3O4之间的相互作用，这些特点对CeO2-Co3O4催化剂较高的活性、稳定性以及抗水性都有贡献。更主要的是在反应尾气中检测到了微量的H2，表明在抗水性实验过程中可能发生了水气变换反应，但是在单一组分的Co3O4催化剂考察中没有检测到H2，这一结果表明由于CeO2的掺杂，促使水气变换反应的发生，而这一反应可能是CeO2-Co3O4催化剂具有优异的抗水性能的更直接的原因。