蜂窝状金属丝网载体涂层制备及催化还原NO_x研究

论文摘要

NOx排放造成的大气污染日趋严重，采用整体催化剂的净化方法是目前治理尾气排放最为有效的措施之一。金属蜂窝载体与陶瓷蜂窝载体相比较具有更好的耐冲击性能、延展性能和机械性能且导热性好、启动快，可提供比陶瓷蜂窝体大得多的开孔率及几何表面积，在现代尾气治理领域受到越来越广泛的关注。但是，蜂窝状金属载体目前加工工艺复杂，生产成本高，而且金属载体的比表面积很小，使用时需要在表面负载一层高比表面积的陶瓷涂层。金属载体与陶瓷涂层材料的热膨胀系数相差较大，使得载体与涂层之间的结合强度较差，涂层易皲裂、剥落。金属载体与活性涂层的结合强度在一定程度上制约了金属蜂窝催化剂的推广应用，如何改善并提高涂层在基体合金表面的结合强度已成为研究者关注的问题。本文围绕Fe-Cr-Al丝网加工成蜂窝状金属丝网载体，采用电沉积法在蜂窝状金属丝网载体表面制备氧化铝涂层，利用SEM、XRD、EDX和BET等表征技术并结合超声波检测、热冲击性能实验等手段，考察了铁铬铝高温处理、电沉积电压、电沉积时间、沉积液中铝含量和铝粒径等多个因素对涂层性能的影响。具体工作如下：研究过程中设计开发出两台蜂窝状金属丝网载体加工设备。通过复合电沉积法制备涂层，具体考察了影响涂层的因素，例如电沉积液、沉积电压、沉积时间，沉积液中添加剂的含量、添加剂的粒径、焙烧时间和焙烧温度等。实验结果显示，以添加剂和氧化铝的乙醇溶液为电沉积液，可以在蜂窝状金属丝网基体表面制备适宜厚度的氧化铝涂层。采用H2SO4对金属丝网载体进行预处理可以清洗其表面的污染物，通过加入添加剂，在900℃焙烧2h等方法提高涂层与金属基体的结合力，增强了涂层的抗热振性能和抗机械振动性能，氧化铝涂层的表面形态以及性质没有因焙烧温度的升高而被损坏。SEM电镜显示涂层表面均匀没有皲裂，XRD表明氧化铝涂层仍是主要以γ-Al2O3晶形存在。制备了Pd／Al2O3、Pd／CeZr／Al2O3、Pd／CeZr／TiO2／Al2O3三种蜂窝状金属丝网载体催化剂，并采用丙烯选择催化还原NOx的实验来评价对NOx的催化活性。结果表明Pd含量为0．186％时，Pd／CeZr／TiO2／Al2O3蜂窝状金属丝网催化剂在低温条件下具有较高的催化活性，而且催化活性窗口较宽。制备了V2O5-WO3／TiO2三元催化剂并用氨气选择催化还原NOx的实验来评价对NOx的催化活性。结果表明V（3）-W（7）／TiO2催化剂具有更好的热稳定性和较高的脱硝效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 综述
• 1.1 氮氧化物的排放状况
• 1.2 氮氧化物的危害
• 1.3 氮氧化物的催化去除技术
• 1.3.1 NOx的直接催化分解
• 1.3.2 NOx的催化还原
• 1.4 SCR催化剂的研究
• 1.4.1 金属氧化物催化剂
• 1.4.2 碳基催化剂
• 1.4.3 离子交换分子筛催化剂
• 1.5 选择性催化还原技术中催化载体的研究
• 1.5.1 催化剂对载体的要求
• 1.5.2 催化剂载体的分类
• 1.6 金属载体表面预处理工艺
• 1.7 尾气净化催化剂涂层的研究
• 1.7.1 金属载体涂层
• 1.7.2 金属载体涂层的制备方法
• 2 研究目的、意义与内容
• 2.1 研究的目的和意义
• 2.2 研究内容
• 3 蜂窝状金属丝网载体开发
• 3.1 蜂窝状金属载体
• 3.2 蜂窝状金属丝网载体
• 3.3 瓦楞机的开发
• 3.4 蜂窝状金属丝网载体加工设备开发
• 3.5 本章小结
• 4 蜂窝状金属丝网载体涂层制备及其性能研究
• 4.1 电沉积法制备涂层的基本原理
• 4.2 涂层制备工艺的优化
• 4.3 研究路线
• 4.4 实验部分
• 4.4.1 实验材料及主要仪器
• 4.4.2 涂层制备装置
• 4.5 金属丝网载体表面涂层的评价及表征
• 4.5.1 金属丝网载体表面涂层的沉积量
• 4.5.2 涂层牢固度测试
• 4.6 结果与讨论
• 4.6.1 高温处理工艺对铁铬铝金属丝网载体表面性能的影响
• 4.6.2 金属载体表面氧化铝涂层沉积条件的选择
• 4.6.3 不同载体对涂层性能的影响
• 4.6.4 铁铬铝载体含铝量不同对涂层性能的影响
• 4.6.5 煅烧温度对涂层性能的影响
• 4.6.6 煅烧时间对涂层性能的影响
• 4.6.7 沉积液中添加剂的含量对涂层强度的影响
• 4.6.8 沉积液中添加剂的粒径对涂层强度的影响
• 4.7 本章小结
• 5 蜂窝状金属丝网载体运用
• 3H₆选择催化还原NO_x'>5.1 蜂窝状金属丝网催化剂贫燃条件下C₃H₆选择催化还原NO_x
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验药品和仪器
• 5.2.2 催化剂的制备
• x活性评价'>5.2.3 选择催化还原NO_x活性评价
• x标准曲线的测定'>5.2.4 NO_x标准曲线的测定
• 5.3 结果与讨论
• 3H₆-SCR反应催化性能评价'>5.3.1 催化剂C₃H₆-SCR反应催化性能评价
• 2/Al₂O₃蜂窝状金属丝网催化剂的催化活性评价'>5.3.2 Pd/CeZr/TiO₂/Al₂O₃蜂窝状金属丝网催化剂的催化活性评价
• 3选择催化还原NO_x'>5.4 蜂窝状金属丝网催化剂进行NH₃选择催化还原NO_x
• 5.5 实验部分
• 5.5.1 实验药品和仪器
• 5.5.2 催化剂的制备工艺
• 5.5.3 催化剂活性测试
• 5.6 结果与讨论
• 5.6.1 温度对催化剂性能的影响
• 5.6.2 活性组分的不同含量与催化活性的关系
• 5.6.3 V:W比值一定,不同负载量与催化活性的关系
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢