高热稳定掺杂有序介孔氧化铝的合成及应用研究

发布时间：2017-08-03 12:22

  本文关键词：高热稳定掺杂有序介孔氧化铝的合成及应用研究

  更多相关文章： 有序介孔氧化铝 掺杂 溶胶凝胶法 热稳定性 催化活性

【摘要】：随着汽车尾气污染的日益严重和尾气排放标准的提高,用于汽车尾气净化的催化剂需要有更才的使用寿命、更低的排放限值和更高的催化活性。目前,催化剂的主要载体为γ-Al_2O_3,γ-Al_2O_3在催化领域的广泛应用是基于Y氧化铝优异的表面酸碱性和高的比表面积。而在汽车尾气净化催化剂的实际应用中,其往往要在1000℃以上工作,γ-Al_2O_3载体在这样条件下会发生高温烧结和相变,生成α-Al_2O_3,其比表面积和孔容显著降低,使得表面负载的活性贵金属组分聚集烧结,催化剂活性降低,达不到排放要求。有序介孔氧化铝(OMA)具有孔道结构排列有序、孔尺寸大、比表面积高等优点被广泛应用于吸附剂和催化剂的载体。高比表面积、大孔径和高热稳定的OMA可以减少氧化铝相邻颗粒之间的羟基缩合作用,进而抑制α-Al_2O_3的成核化,有效地降低其烧结和高温相变行为。目前,有序介孔氧化铝的合成方法主要包括溶胶凝胶法和纳米铸造法。相比纳米铸造法溶胶凝胶法操作更加简便。因此,本文将采用溶胶凝胶法,通过元素掺杂和扩孔的方法来合成出具有大孔径、高比表面积高热稳定的OMA,并以其为载体,采用浸渍法制备出负载Pd的催化剂,考察其对HCx、CO、NOx气体净化作用的性能,为制备出对汽车尾气排放的HCx、 CO、NOx等污染物具有高催化活性的催化剂提供参考数据。主要的研究工作如下：1.在以P123为模板剂,HCl为酸度调节剂的溶胶凝胶体系中,改进合成方法合成Si掺杂OMA,考察硅的掺杂量和铝源的添加方式对OMA稳定性的作用。优化合成条件,合成出大孔径、高比表面积热稳定的OMA。2.在溶胶凝胶体系中加入硼酸(HBO_3)合成出硼掺杂OMA,考察硼的掺杂量对OMA的孔结构、相变温度的影响。并在此基础上,加入不同扩孔剂(尿素和碳酸氢铵),考察不同的扩孔剂对OMA孔结构和热稳定性的影响。3.在溶胶凝胶体系中加入硝酸镁合成出高热稳定镁掺杂OMA,考察镁的掺杂对OMA孔结构和热稳定性的影响。比较其与掺杂硅和硼的OMA性能的差异。为设计合成大孔径和高热稳定性的OMA提供思路。4.以上述合成出的OMA为载体,通过浸渍法合成出负载Pd的催化剂,研究其对HCx、CO、NOx的净化作用。通过以上内容的研究,得到的研究结果如下：(1)在溶胶凝胶体系中添加低温下容易脱除的醋酸为界面保护剂,采用间歇加入异丙醇铝方法可调控其水解缩合速率,提高所合成产物的有序度和热稳定性。当硅的掺杂量为20 Wt%f时,所合成的样品经过1100℃的焙烧仍然保留有序孔道结构,其具有高的比表面积(136.6 cm~3 g~(-1))和窄的孔径分布。以其为载体制备的催化剂,其经过1000℃和1100℃焙烧均呈现出高度分散的颗粒,催化活性明显高于Pd/CA。(2)溶胶凝胶体系中适量硼酸的加入同样可以提高所合成OMA的有序度和比表面积,掺杂硼的OMA具有较高的热稳定性。当硼的含量为8Wt%时,样品B-OMA-8经过1000℃焙烧后仍然表现出高的热稳定性,大的比表面积(223.4 m~2 g~(-1))以及窄的孔径分布。同时,尿素和碳酸氢铵的加入均能提高硼掺杂OMA的比表面积和孔容。以添加尿素后的硼掺杂OMA为载体合成出的催化剂中,Pd/B-OMA-8表现出更加优异的催化活性。(3)在溶胶凝胶体系中掺杂Mg合成出了镁掺杂OMA,适量的镁掺杂可以提高材料的热稳定性和比表面积。经1000℃焙烧后,其比表面积为208.3m~2 g~(-1),且孔径分布集中。以所有的镁掺杂的样品为载体合成出的催化中,与掺硼和硅的催化剂相比,反应气体的完全转化温度(T_(100%))相对更低。可能与载体的表面酸碱性有关,今后将进一步系统深入研究。
【关键词】：有序介孔氧化铝 掺杂 溶胶凝胶法 热稳定性 催化活性
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ133.1;O643.36
【目录】：

• 中文摘要2-4
• Abstract4-6
• 中文文摘6-11
• 绪论11-19
• 0.1 概述11
• 0.2 有序介孔氧化铝的合成方法11-14
• 0.3 元素掺杂的OMA的应用研究14-16
• 0.4 氧化铝的扩孔研究16-17
• 0.5 三效催化剂的研究17
• 0.6 研究设想17-19
• 第一章 主要试剂和实验方法19-23
• 1.1 主要试剂19
• 1.2 样品的制备步骤19
• 1.3 性能表征技术19-22
• 1.3.1 N_2物理吸附实验19-20
• 1.3.2 物相X射线粉末衍射(XRD)20
• 1.3.3 差热分析(DTA)20
• 1.3.4 X射线光电子能谱(XPS)20
• 1.3.5 扫描电子显微镜-元素分析(SEM-EDX)20
• 1.3.6 透射电镜(TEM)20
• 1.3.7 原位红外漫反射光谱测试(In situ DRIFTS)20-21
• 1.3.8 CO脉冲化学吸附实验21
• 1.3.9 H_2程序升温还原实验(H_2-TPR)21
• 1.3.10 CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)21-22
• 1.4 催化剂的活性测试22-23
• 第二章 硅掺杂有序介孔氧化铝的合成及应用23-41
• 2.1 前言23-25
• 2.2 样品的制备25
• 2.2.1 硅掺杂OMA的合成25
• 2.2.2 催化剂的制备25
• 2.3 结果和讨论25-39
• 2.3.1 硅掺杂OMA的结构特性25-32
• 2.3.2 催化剂的活性、形貌及性能32-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第三章 硼掺杂有序介孔氧化铝热稳定性的研究41-57
• 3.1 前言41-42
• 3.2 样品的制备42
• 3.2.1 硼掺杂OMA的合成42
• 3.2.2 采用扩孔的方法合成大孔容的硼掺杂OMA42
• 3.2.3 催化剂的制备42
• 3.3 结果与讨论42-54
• 3.3.1 硼掺杂量对硼掺杂OMA孔结构和热稳定性的影响42-48
• 3.3.2 扩孔剂的添加对样品孔结构的影响48-53
• 3.3.2.1 添加尿素合成的OMA的结构和性能48-51
• 3.3.2.2 添加碳酸氢铵合成的OMA的结构和性能51-53
• 3.3.3 催化剂的活性53-54
• 3.4 本章小结54-57
• 第四章 镁掺杂有序介孔氧化铝的合成及应用57-67
• 4.1 前言57
• 4.2 样品的制备57-58
• 4.2.1 镁掺杂OMA的合成57-58
• 4.2.2 催化剂的制备58
• 4.3 结果与讨论58-66
• 4.3.1 镁含量对镁掺杂OMA孔结构和热稳定性的影响58-62
• 4.3.2 催化剂的活性62-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 结论67-69
• 参考文献69-85
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果85-87
• 致谢87-89
• 个人简历89-93

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本文编号：614386