高效铁基氧化物的可控制备及其CO还原NO反应催化性能的研究

发布时间：2020-06-05 06:00

【摘要】：随着化石燃料的大规模使用和交通运输业的快速发展,我国大气污染日益严重。其中一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)是两种常见的大气污染物。催化消除CO和NO是一种广受认可和高效的方式。铈基和铁基复合氧化物因在催化中的优异的性能一直是研究者们探索的热门课题。对于Zr02,因其兼备碱性和酸性位点,易产生氧空位,复杂而特殊的化学结构,使其具有很高的催化的性能。科研工作者们通过在Zr02中掺入其他原子或基团来防止这种情况的出现,从而进一步拓展了其在催化材料领域的应用。本文主要内容是关于Fe0.35(CeZr)x笼状空心复合氧化物及其负载铜,钴,镍催化剂的制备,通过X射线衍射(XRD),N2吸附-脱附(N2-physisorption),电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES),X射线光电子能谱(XPS),程序升温还原和脱附(H2-TPR),原位红外吸附(in situ DRIFTS)和NO+CO模型反应等表征手段重点探究了催化剂物化性质,结构分析,以及对CO还原NO反应的影响,同时探讨了催化性能与组成、结构和性质之间的关系。通过模板水热法制备了一系列Fe0.35(CeZr)x(X=1,3,5,7,9,10)复合氧化物,结果表明:1.当Ce和Zr的摩尔比为5时,采用水热法可以制备分散均一的Fe0.35(CeZr)5笼状空心结构。2.Fe0.35(CeZr)5拥有最大的比表面积,最低的还原温度。Fe0.35(CeZr)5有最好的活性,最优的N2转化率和选择性,其在250℃即可达到100%的NO转化率,在300℃下即可实现100%的N2选择性,这主要由于其具有最佳的还原能力,大的比表面积和较多的化学吸附O2-物种,并且其重要原因也许与Fe2+,Ce3+,Zr4+协同氧空位作用有密切相关。3.不同(Ce:Zr)比例的Fe0.35(CeZr)x复合氧化物有不同的催化性能,且能够符合E-R机理,形成协同氧空位。通过模板水热法制备一系列负载量为5%的不同过渡金属负载的M/Fe0.35(CeZr)5(M=Cu,Co,Ni)催化剂,表征结果表明:1.在Cu,Co,Ni的负载中,Cu负载的活性最佳,反应温度在250℃即可实现100%的NO转化率,在275℃时N2的选择性就为100%。2.表面协同氧空位起到了重要的作用,因为CuO能够较好的分散在载体表面,因此该催化剂的还原能力最强,表现出最佳性能。这与其结构,氧空位,表面吸附氧含量,还原能力有着密不可分的联系。高浓度的协同氧空位增强了其NO转化率和N2选择性。3.在CO+NO反应中,Cu/Fe0.35(CeZr)5催化剂遵循E-R反应机理。最后,为了更深地理解CO和NO探针分子与催化剂表面的相互作用,结合了对其物化性质的表征结果,通过原位红外技术,初步提出了 CO还原NO反应在Fe0.35(CeZr)5复合氧化物和Cu/Fe0.35(CeZr)5催化剂上的反应机理。
【图文】：

微观形貌,样品,铝片,升温还原

通过日本Ｈｉｔａｃｈｉ公司的ＨＩＴＡＣＨＩ邋Ｓ－３４００Ｎ型电子显微镜进行样品微观形貌表征。品测试之前，进行备样，即将少量样品放入适量无水乙醇中，超声分散５－１０邋ｍｉｎ，混有样品的乙醇溶液轻微滴在铝片上，将铝片贴在粘有导电胶的样品台上且设置压为２０邋ｋＶ。进行测试。逡逑序升温还原测试（Ｈ＞ＴＰＲ）逡逑使用热导检测器（ＴＣＤ）在气体气氛中使用Ｕ型石英管获得Ｈ２－ＴＰＲ结果（其下图）。在还原之前，，将５０ｍｇ样品在Ｎ２（５０ｍＬｍｉｎ＿１）中１１０°Ｃ下加热ｌ小后在Ｎ２Ｔ将样品冷却至室温后切换至７．０３ｖｏｌ％Ｈ２／Ａｒ的流（ｌＯｍＬｍｉｒｆ１）邋３０分后，样品接受了在Ｎ２中加热至８００邋°Ｃ的热处理加热速率为１０邋°Ｃ邋ｍｉｒｒ１。然后采Ｄ测量Ｈ２消耗量。逡逑反应装置结构如下：逡逑￥气口逡逑

原位,漫反射,傅里叶

螺帽畲封垫逦石其棉村管逡逑图２－１邋Ｈ２－ＴＰＲ反应装置图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｈ２－ＴＰＲ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｄｅｖｉｃｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑原位傅里叶漫反射变换红外光谱（ｉｎ邋ｓｉｔｕ邋ＤＲＩＦＴＳ）逡逑原位傅里叶漫反射红外光谱仪采用的是德国ＢＲＵＫＥＲ公司配置有ＰＩＫＥ原位池的逡逑Ｔｅｎｓｏｒｌｌ红外光谱仪，且使用硒化锌（ＺｎＳｅ）作为窗片，检测器是使用液氮冷却的汞碲逡逑２１逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X51;O643.36

【参考文献】