Pd/MWCNTs贫燃甲烷催化燃烧性能研究

发布时间：2021-09-07 20:05

　　以MWCNTs为载体,用HNO₃做氧化剂对MWCNTs进行处理,通过XPS研究了处理前后MWCNTs表面官能团的变化,并采用超声浸渍法制得Pd/MWCNTs催化剂,借助TEM,揭示了Pd粒子在催化剂表面分散度和粒径与MWCNTs表面含氧量、羟基和羰基间的关系。并考察了Pd/MWCNTs催化剂预处理方法对低浓甲烷催化燃烧活性和稳定性的影响,研究表明,Pd的价态以及Pd粒子的粒径,都与催化剂的甲烷燃烧活性直接关联。单质Pd的氧化和Pd粒径的长大是导致催化剂性能衰减的原因。通过原位FT-IR技术对反应气氛下中间物种的监测,提出了Pd/MWCNTs催化剂上的低浓度甲烷催化氧化反应机理。 

【文章来源】：燃料化学学报. 2016,44(08)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

不同预处理方法制得的载体及催化剂的XPS谱图

表1催化剂表面C和O元素组成Table1SurfacecontentofCandOforMWCNTsandPd/MWCNTssamplesSampleＲelativecontentofC/%ＲelativecontentofO/%MWCNT-un0．950．05MWCNT-as0．930．07Pd/MWCNT-A0．810．19Pd/MWCNT-B0．930．07由图1可知，MWCNTs经HNO3处理后O1s信号增强，而且经C、O归一化处理后可以看出，O的含量显著增加，说明经HNO3处理后，MWCNTs表面含氧官能团增加，类似的结论在相关研究中已有报道［13，32］。比较发现，Pd/MWCNT-A比MWCNT-as有更强的O1s信号峰，且出现了相应的Pd(3d)信号，而O1s信号的变化很可能是由PdO所含氧引起的，具体原因在下文进一步解释。为进一步甄别HNO3处理前后MWCNTs表面官能团种类与密度的变化，对XPS谱图中的O1s、C1s信号进行了进一步解析，具体见图2。图2催化剂和载体的C1s和O1sXPS谱图Figure2ExperimentalandsimulatedXPSofC1s(1)andO1s(2)ofMWCNT-un(a)，MWCNT-as(b)andPd/MWCNT-A(c)930燃料化学学报第44卷

趸??砗笮奘紊系聂驶??羟基促进了Pd粒子的均匀分散。Xu等［32］的研究也指出，羟基的存在促进了Pd与MWCNTs的相互作用，从而促进了Pd粒子的分散。所不同的是本研究发现，Pd可能更倾向于附着在羰基位，可能和碳纳米管的性质、Pd前驱体和溶剂的选择有关。表2催化剂及载体中官能团含量Table2SurfacechemicalcompositionsofdifferentfunctionalgroupsintheMWCNT-un，MWCNT-asandPd/MWCNT-ASampleＲelativecontentC=O－OHothersMWCNT-un0．510．360．13MWCNT-as0．440．460．10Pd/MWCNT-A0．370．470．16图3Pd/MWCNT-un和Pd/MWCNT-D的TEM照片Figure3TEMimagesandPdparticlesizedistributionsofPd/MWCNT-un(a，b，c)andPd/MWCNT-D(d，e，f)同时，实验考察了不同载体预处理方式以及催化剂氧化、还原处理对其甲烷燃烧性能的影响，具体见图4。由图4可知，新鲜的Pd/MWCNT-A催化剂活性最差，还原处理的催化剂活性最高，焙烧时间对催化剂活性影响不显著。Pd/MWCNT-A催化剂活性可能源于MWCNTs自身的还原性。研究表明，MWCNTs载体具有还原性，可以将溶液中的Pd2+、Ag+、Cu2+等离子还原为单质［33－35］。未焙烧的Pd/MWCNT-A催化剂，部分Pd2+离子被还原转变为单质Pd。所以，Pd/MWCNT-A具有一定的催化活性。焙烧处理后的催化剂，硝酸盐分解为PdO，PdO也具有一定的催化燃烧活性。经过还原处理的Pd/MWCNT-D，由于具有更多的单质Pd存在，显示出最高的催化氧化活性。经过高温处理(400℃)的催化剂表面O1s信号峰明显降低，可能是含氧官能团在高温下(400℃)被氧化。931第8期高秀慧等:Pd/MWCNTs贫燃甲烷催化燃烧性能研究

【参考文献】：
期刊论文
[1]Pd/NiAl2O4催化剂上甲烷燃烧反应的红外光谱研究[J]. 刘莹,王胜,高典楠,潘秋实,王树东.  催化学报. 2012(09)
[2]Co3O4/CeO2CO氧化的原位红外光谱研究[J]. 邵建军,朱锡,张永坤,王明贵.  燃料化学学报. 2012(02)



本文编号：3390172