CeO2纳米粉体的制备及其对甲醇的催化氧化

论文摘要

本论文分别以热分解-膨胀石墨吸附法和双液雾化反应法制备纳米CeO2粉体,采用X射线衍射仪（XRD）、比表面仪（BET）、傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、热重分析仪（DSC-TGA）、电子扫描显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段对样品进行分析和表征,并以优化工艺制备CuO-CeO2粉体,测定粉体对甲醇的催化氧化作用。结果表明,在以热分解-膨胀石墨吸附法制备纳米CeO2过程中,硝酸铈热分解生成的CeO2晶核的同时,会被膨胀石墨所吸附,其形核和长大过程都受吸附力的影响。溶液浓度和石墨膨胀体积对粒子形貌和团聚状况有明显的影响,溶液浓度和膨胀体积较大时,得到的粒子较大,粒径分布宽,且团聚程度严重;溶液浓度和膨胀体积小时,所制备的CeO2粒子粒径分布较窄,分散性好。焙烧温度低时膨胀石墨不能完全氧化,温度高时氧化铈以片状结构存在,600℃下焙烧2小时,能得到纯的粒状氧化铈粉体。采用双液超声雾化法制备纳米CeO2粉体时,雾化液温度不同会生成不同类型的前驱体,雾化液温度较低时生成的前驱体主要为水合碳酸氧铈,较高时主要为二氧化铈;较高温度下制得的粉体粒子较均匀,平均粒径较小。样品焙烧温度越高,得到样品的晶粒越粗大,比表面积越小。雾化液浓度对单个粒子尺寸影响不大,当浓度较高时,粒子会产生明显的团聚现象。向溶剂中加入表面活性物质（乙醇或PEG-400）,可以降低溶剂表面张力,使雾化液滴细化,加入表面活性物质的溶剂较纯水溶剂制备的CeO2纳米粒子粒径更细小、均匀,无明显的团聚现象。沉淀剂对粒子的形貌和尺寸也有影响,以氢氧化钠为沉淀剂较以碳酸氢铵为沉淀剂制备的CeO2粒子粒径更加均匀,细小。分别以优化了的膨胀石墨吸附法和双液雾化反应法制备出了CuO-CeO2粉体,XRD测试结果表明两种方法所制备的CuO-CeO2粉体中,铜离子都掺入了CeO2晶格,形成萤石型结构,铜的掺入使XRD峰宽增大,晶粒细化。以双液超声雾化反应法制备的CeO2粒子,较膨胀石墨吸附法制备的CeO2粒子细小均匀。催化性能测试结果表明,CeO2对甲醇氧化的催化活性随温度升高而增大,在280℃以上时,转化率迅速升高。由于具有较大的比表面积和较低的焙烧温度,双液雾化反应法较膨胀石墨吸附法制备的催化剂活性好。在300℃时,掺铜氧化铈粉体对甲醇的氧化有较高的催化活性,是潜在的银负载催化剂替代物质。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米二氧化铈粉体的制备方法
• 1.2.1 固相法
• 1.2.2 液相法
• 1.2.3 气相法
• 1.2.4 其它方法
• 1.3 二氧化铈的应用
• 2 的结构特点与功能特性'>1.3.1 CeO₂的结构特点与功能特性
• 1.3.2 在超精密抛光中的应用
• 1.3.3 在固体氧化物燃料电池（SOFC）中的应用
• 2 在催化方面的应用'>1.3.4 CeO₂在催化方面的应用
• 1.3.5 在其它方面的应用
• 1.4 本课题的意义及研究内容
• 1.4.1 本课题的意义
• 1.4.2 研究内容
• 2'>2 热分解－膨胀石墨吸附法制备纳米CeO₂
• 2.1 引言
• 2.2 膨胀石墨的制备和表征
• 2.2.1 仪器与药品
• 2.2.2 膨胀石墨的制备方法
• 2.2.3 膨胀石墨的表征
• 2.2.4 结果与讨论
• 2 粉体的制备'>2.3 CeO₂粉体的制备
• 2.3.1 仪器与药品
• 2.3.2 实验方法
• 2.3.3 结果与讨论
• 2.3.3.1 焙烧温度对氧化铈粉体的影响
• 3）₃·6H₂0 溶液浓度对粒子形貌的影响'>2.3.3.2 Ce（NO₃）₃·6H₂0 溶液浓度对粒子形貌的影响
• 2.3.3.3 石墨膨胀体积对粒子形貌的影响
• 2.3.3.4 表面活性剂（PEG）对粒子形貌的影响
• 2.3.3.5 加入尿素对粒子形貌的影响
• 2.4 本章小结
• 2'>3 双液超声雾化法制备纳米CeO₂
• 3.1 引言
• 3.2 仪器与药品
• 3.2.1 实验主要试剂
• 3.2.2 实验主要仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 制备方法与工艺流程
• 3.3.2 样品的表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 前驱体FT-IR 和XRD 分析
• 3.4.2 粉体的TEM 和BET 分析
• 3.4.3 雾化液温度的影响
• 3.4.4 焙烧温度对晶粒大小的影响
• 3.4.5 硝酸铈浓度对粉体形貌的影响
• 2 粒子大小的影响'>3.4.6 溶剂对CeO₂粒子大小的影响
• 3.4.7 沉淀剂的影响
• 3.4.8 机理讨论
• 3.5 本章小结
• 2 粉体的制备及其对甲醇氧化的催化作用'>4 CuO-CeO₂粉体的制备及其对甲醇氧化的催化作用
• 4.1 引言
• 2 粉体的制备与表征'>4.2 CuO-CeO₂粉体的制备与表征
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 制备与表征方法
• 4.2.2.1 膨胀石墨吸附法
• 4.2.2.2 双液雾化法
• 4.2.2.3 表征方法
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.2.3.1 样品的XRD 分析
• 4.2.3.2 样品的TEM 分析
• 2 粉体对甲醇氧化的催化氧化'>4.3 CuO-CeO₂粉体对甲醇氧化的催化氧化
• 4.3.1 试剂与仪器
• 4.3.2 催化剂的制备和成型
• 4.3.3 催化性能测试
• 4.3.3.1 测试条件设定
• 4.3.3.2 测试方法
• 4.3.4 结果与讨论
• 4.3.4.1 催化原理讨论
• 4.3.4.2 温度对甲醇转化率的影响
• 4.3.4.3 制备方法对甲醇转化率的影响
• 4.3.4.4 掺入铜对甲醇转化率的影响
• 4.3.4.5 负载银的影响
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果
• 致谢