蜂窝状催化剂的制备及其氮氧化物催化还原性能研究

论文摘要

柴油车尾气中排放的氮氧化物（NOx）是主要的空气污染源之一。目前已有许多关于车用催化剂性能的报道,但仍有许多问题亟待解决,如高温稳定性不好,低温活性差等。因此,如何制备能够满足实用要求的高效蜂窝状催化剂是重要的研究课题。堇青石蜂窝状陶瓷载体具有很低的热膨胀系数、突出的抗热冲击性,以其为载体制备蜂窝状催化剂用于催化NOx的研究已成为人们关注的热点。因此,本论文采用具有良好SCR性能的Fe-Mo/ZSM-5为活性组分涂覆在蜂窝状堇青石陶瓷载体上。重点研究了不同涂覆方法、表面活性剂以及载体种类对蜂窝状催化剂催化还原NOx性能的影响。同时采用XRD、FT-IR、BET、SEM等技术对蜂窝状催化剂的体相结构、表面离子形态等进行了表征,以确定结构组成与催化活性的关系,为制备优良的蜂窝状催化剂提供实验基础和理论依据。本论文主要结论如下:（1）使用不同涂覆方法制备的蜂窝状催化剂,其涂覆量、在热冲蚀和水汽冲蚀下的脱落损失率均不同。以美国康宁公司生产的堇青石蜂窝陶瓷为载体（AC）,羧甲基纤维素为表面活性剂,使用超声波辅助浸涂法超声30min,涂覆3次制备的蜂窝状催化剂的涂覆量达到46%、经过热冲蚀和水汽冲蚀实验后的催化剂涂覆量损失率在10%以下。对此蜂窝状催化剂进行氮氧化物的催化还原测试,在同温度下蜂窝状催化剂的催化活性高出粉末状Fe-Mo/ZSM-5催化剂40%以上。当温度达到573K后,NOx催化转化率达到100%,随着温度的升高其转化效率稳定在100%。说明所制备的蜂窝状催化剂具有很高的氮氧化物催化还原性能。因此这种蜂窝状催化剂具有很强的实用性。（2）蜂窝状催化剂催化还原NOx的活性与Fe-Mo/ZSM-5催化剂的涂覆量有关。一定范围内,随着涂覆量的增加蜂窝状催化剂的催化性能增大。（3） XRD结果表明,蜂窝状Fe-Mo/ZSM-5催化剂上出现了明显的ZSM-5、MgO、Al2O3、SiO2等特征峰。说明Fe-Mo/ZSM-5与堇青石陶瓷载体很好的结合。另外,在1173K焙烧1小时后其晶相没有明显变化,并结合热冲蚀实验结果,说明所制备的蜂窝状催化剂具有高温热稳定性。（4） FT-IR结果表明,蜂窝状催化剂谱图上堇青石的特征峰强度有不同程度的降低,同时出现了Fe-Mo/ZSM-5的特征峰。分析原因可能是Fe-Mo/ZSM-5与堇青石陶瓷载体发生化学吸附所致。（5） BET结果表明,相比较于空白堇青石蜂窝陶瓷载体,所制备的蜂窝状催化剂比表面积增大,微孔数增多,形成了具有典型的形状和尺寸的狭缝状孔结构的多孔材料,利于蜂窝状催化剂催化活性的提高。（6） SEM结果表明,Fe-Mo/ZSM-5晶粒致密均匀地涂覆在堇青石表面。而经过热冲蚀后,蜂窝状催化剂表面上的Fe-Mo/ZSM-5发生团聚,不再均匀地生长,而是形成厚度不均的团聚物。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 稀薄空气下催化剂对NOx 的选择性催化还原的研究进展
• 1.2.1 可用于催化分解NOx 的催化剂简介
• 1.2.2 分子筛催化剂的上NOx 的选择性催化还原研究进展
• 1.3 催化消除NOx 的催化剂应用在汽车工业中的方法
• 1.3.1 蜂窝状催化剂的构成
• 1.3.2 影响催化剂性能的因素
• 1.3.3 以堇青石蜂窝陶瓷为载体制备整体催化剂的工艺概述
• 1.4 论文的研究思路和主要内容
• 1.4.1 论文思路
• 1.4.2 主要内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验仪器及化学试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 化学试剂
• 2.2 蜂窝状催化剂的制备
• 2.2.1 Fe-Mo/ZSM-5 催化剂的制备
• 2.2.2 利用浸涂法制备蜂窝状催化剂
• 2.2.3 利用超声波法制备蜂窝状催化剂
• 2.3 催化剂涂覆效果评价
• 2.4 催化剂活性评价
• 2.4.1 装置及设备
• 2.4.2 活性测试条件及过程
• 2.5 催化剂的表征
• 2.5.1 IR 表征
• 2.5.2 XRD 测试
• 2.5.3 比表面积和孔径分布测试
• 2.5.4 扫描电子显微镜（SEM）
• 第三章 蜂窝状催化剂的制备工艺与催化性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 不同的制备方法对蜂窝状催化剂涂覆量的影响
• 3.2.1 蜂窝状催化剂的涂覆次数选择
• 3.2.2 使用不同方法合成蜂窝状催化剂时的时间选择
• 3.2.3 蜂窝状催化剂的载体选择
• 3.2.4 蜂窝状催化剂的表面活性剂选择
• 3.2.5 蜂窝状催化剂的涂覆方法选择
• 3.3 不同蜂窝状催化剂的冲蚀试验对催化剂涂覆损失率的影响
• 3.4 不同制备方法对蜂窝状催化剂活性的影响
• 3.5 不同蜂窝状催化剂的冲蚀试验对催化剂催化活性的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 蜂窝状催化剂的表面性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 蜂窝状催化剂的XRD 表征
• 4.3 蜂窝状催化剂的FT-IR 表征
• 4.4 蜂窝状催化剂比表面积及孔径分布
• 4.4.1 蜂窝状催化剂比表面积
• 4.4.2 蜂窝状催化剂吸附—脱附等温线
• 4.4.3 蜂窝状催化剂孔分布
• 4.5 蜂窝状催化剂扫描电镜与结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 全文总结与建议
• 5.1 全文总结
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录