镧钴钙钛矿催化剂制备及去除氮氧化物和碳烟性能研究

论文摘要

本文采用溶液燃烧法和柠檬酸络合法制备了系列镧钴钙钛矿催化剂,使用XRD、FT-IR、H2-TPR、XPS、BET、SEM-EDS及TEM等多种分析手段对催化剂进行了表征,并利用程序升温反应技术,在模拟柴油机尾气的情况下对同时催化去除氮氧化物（NOx）和碳烟的反应进行了实验研究。首先,采用溶液燃烧法合成了La1-xKxCoO3（x = 0～0.5）镧钴钙钛矿催化剂,所合成的催化剂均属于菱方晶系钙钛矿晶型,样品表面具有十分丰富的类似蜂窝状的孔道结构。K+部分取代La3+,催化剂表面氧空位数目增加,同时形成Co3+-Co4+共存体系,从而使得催化剂的性能得到显著改善。La0.7K0.3CoO3催化剂的碳烟起燃温度为262°C,NO向N2的最大转化率为27.5%。其次,采用改进的溶液燃烧法成功地制备了系列LaCo1-xPdxO3（x = 0～0.03）钙钛矿催化剂。研究发现,Pd以Pd3+或Pd4+价态存在于钙钛矿晶格中。添加贵金属Pd能够显著提高LaCo1-xPdxO3催化剂同时去除NOx和碳烟的活性。其中LaCo0.97Pd0.03O3催化剂碳烟起燃温度为265°C,NO向N2的最大转化率为32.8%。再次,对La1-xMexCo1-yPdyO3（Me=K、Sr、Ce x = 0,0.2, y=0,0.05）系列新型复合金属氧化物催化剂研究结果表明,用Sr或K取代LaCoO3中的La,催化剂的性能得到改善,而Ce取代不能提高催化剂的活性;进一步用贵金属Pd取代La1-xMexCoO3中的Co ,催化剂的性能得到进一步的提高。La0.8Sr0.2Co0.95Pd0.05O3呈现最佳的催化活性,其碳烟的起燃温度为258°C,而NO向N2的最大转化率达到31.6%。最后,对三种活性较好催化剂La0.8Sr0.2Co0.95Pd0.05O3、La0.8K0.2Co0.95Pd0.05O3及La0.8K0.2CoO3,进一步考察了不同反应条件的影响,并结合前人研究结果分析了反应机理。结果表明碳颗粒的存在促进了NO的催化还原,同时NO也对碳颗粒燃烧有一定影响。O2浓度的增加促进了碳烟的燃烧,三种催化剂碳烟起燃温度都随着O2浓度增加而下降,La0.8Sr0.2Co0.95Pd0.05O3催化剂的N2选择性明显增加。三种催化剂的碳烟起燃温度受气体总流量影响较小,在流速较宽范围内25mL/min～50mL/min,La0.8Sr0.2Co0.95Pd0.05O3都表现出对NO催化分解较高活性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述与研究方案
• 1.1 柴油机尾气排放标准对NOx 和碳颗粒的控制要求
• 1.2 柴油机排污的控制技术
• 1.2.1 选择性催化还原NOx 技术（SCR 系统）
• 1.2.2 氮氧化物储存还原技术（NSR）
• 1.2.3 碳颗粒催化还原NOx 技术
• 1.3 柴油机尾气控制技术催化剂研究进展
• 1.3.1 贵金属催化剂
• 1.3.2 金属氧化物催化剂
• 1.3.3 钙钛矿型及尖晶石型等复合金属氧化物催化剂
• 1.4 钙钛矿复合金属氧化物催化剂
• 1.4.1 钙钛矿型复合金属氧化物的结构特性
• 1.4.2 钙钛矿催化剂的制备方法
• 1.4.3 钙钛矿复合金属氧化物的催化性能
• 1.4.4 钙钛矿催化剂用于去除NOx 和碳烟的研究现状
• 1.5 对钙钛矿型复合金属氧化物研究现状思考与本论文的指导思想
• 1.6 论文研究内容与本课题的创新之处
• 1.6.1 论文研究内容
• 1.6.2 本课题的创新之处
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 钙钛矿催化剂的制备
• 2.2.1 溶液燃烧法
• 2.2.2 柠檬酸络合法
• 2.3 催化剂的表征
• 2.3.1 X—射线衍射（XRD）
• 2.3.2 比表面积的测定（BET）
• 2.3.3 扫描电子显微镜—能量色散谱（SEM-EDS）
• 2.3.4 透射电镜（TEM）
• 2.3.5 红外光谱（FT-IR）
• 2.3.6 X-射线光电子能谱（XPS）
• 2.3.7 程序升温还原实验（H2-TPR）
• 2.4 催化剂活性评价—程序升温反应技术（TPR）
• 2.4.1 反应装置
• 2.4.2 反应原料与催化剂评价方法
• 2.4.3 分析方法
• 2.4.4 活性评价指标
• 1-xK_xCoO₃的催化性能'>第三章 溶液燃烧法制备的La_1-xK_xCoO₃的催化性能
• 1-xK_xCoO₃ 催化剂'>3.1 溶液燃烧法制备La_1-xK_xCoO₃催化剂
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 催化剂的表征结果
• 3.2.2 活性评价结果
• 3.3 本章小结
• 1-xPd_xO₃钙钛矿复合氧化物合成及其催化性能研究'>第四章 LaCo_1-xPd_xO₃钙钛矿复合氧化物合成及其催化性能研究
• 1-xPd_xO₃（x = 0～0.03）催化剂'>4.1 改进的溶液燃烧法制备LaCo_1-xPd_xO₃（x = 0～0.03）催化剂
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 催化剂的表征结果
• 4.2.2 催化性能评价结果
• 4.3 本章小结
• 1-xMe_xCo_1-yPd_yO₃ （Me = K、Ce、Sr）复合催化剂制备及其催化性能研究'>第五章 新型La_1-xMe_xCo_1-yPd_yO₃ （Me = K、Ce、Sr）复合催化剂制备及其催化性能研究
• 1-xMe_xCo_1-yPd_yO₃ 复合催化剂构想的建立'>5.1 新型La_1-xMe_xCo_1-yPd_yO₃复合催化剂构想的建立
• 1-xMe_xCo_1-yPd_yO₃ 复合催化剂的制备'>5.2 新型La_1-xMe_xCo_1-yPd_yO₃复合催化剂的制备
• 5.3 催化剂表征结果
• 5.3.1 X 射线衍射分析
• 5.3.2 SEM 表征结果
• 5.3.3 FT-IR 表征结果
• 5.3.4 XPS 分析
• 5.4 催化剂活性评价
• 5.5 本章小结
• 第六章 催化同时去除NOx 和碳烟的反应研究
• 6.1 三种催化剂的透射电镜观察
• 6.2 催化同时去除NOx 和碳烟的反应研究
• 6.2.1 反应条件对同时去除NOx-碳烟颗粒的影响
• 2 浓度的影响'>6.2.2 O₂浓度的影响
• 6.2.3 气体总流量的影响
• 6.3 催化剂稳定性的分析
• 6.3.1 反应前后催化剂物相的比较
• 6.3.2 反应前后XPS 分析结果的比较
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文情况
• 致谢