La 0.8 Ca 0.2 FeO 3 /MgAl 2 O 4 丝网整体催化剂用于低浓度甲烷催化燃烧
发布时间：2021-11-19 06:51
开发了涂覆在金属丝网基体上的La0.8Ca0.2FeO3/MgAl2O4复合整体催化剂,用于低浓度甲烷（0.5%,体积分数）催化燃烧反应.首先用沉积-沉淀法制备了La0.8Ca0.2FO3（LCF）钙钛矿与Mg Al2O4尖晶石复合的粉末催化剂LCF/Mg Al2O4,用程序升温微反应器（TPRS）测定了粉末活性,结合XRD、BET、SEM、TPR的表征结果,筛选出了最佳复合物质的量比和最适焙烧温度.当LCF与Mg Al2O4复合后,抗烧结能力增强,以拟一级反应速率常数(k,L·g-1·s-1)计的活性提高了1倍左右.然后采用浆料涂覆法,在表面改性的金属丝网蜂窝基体上分层涂覆了作为第二载体的MgAl2O4和LCF/Mg Al2
【文章来源】：环境科学学报. 2017,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同温度焙烧后L4M的XＲD谱图
5期段伟杰等:La0．8Ca0．2FeO3/MgAl2O4丝网整体催化剂用于低浓度甲烷催化燃烧图5L4M-800℃的SEM图Fig．5SEMimageofL4M-800℃为探索MgAl2O4对LCF氧化还原性质的影响，用H2-TPＲ考察了经800℃及1000℃焙烧后，LCF和L4M的氧化能力，如图6和图7所示．还原温度从100℃到750℃，LCF主要有3个还原峰，800℃焙烧的峰最高点分别位于355．9、498．2℃和＞750℃，文献(Barberoetal．，2006;Pecchietal．，2008;图6不同温度焙烧的LCF的H2-TPＲ曲线Fig．6H2-TPＲcurvesofLCFcalcinedatdifferenttemperatures图7不同温度焙烧的L4M的H2-TPＲ曲线Fig．7H2-TPＲcurveofL4McalcinedatdifferenttemperaturesJiménezetal．，2010)的TPＲ表征也呈现类似的结果，但3个峰的位置有所差异，这可能受制备条件影响．文献(Barberoetal．，2006;Pecchietal．，2008;Jiménezetal．，2010)对La1－xCaxFeO3(x=0～0．4)的TPＲ测试均表明，在x=0时，即LaFeO3钙钛矿，在700℃之前没有TPＲ峰．随Ca2+取代增多导致Fe4+增加，第一个峰的面积会变大，同时Ca2+取代也导致钙钛矿晶格不稳定(Ciambellietal．，2001)，故第1个峰为钙钛矿中Fe4+还原为Fe3+;第2个峰，450～550℃之间的小峰是游离在晶格之外的小粒径或无定型α-Fe2O3被还原为FeO(Ciambellietal．，2001;Jiménezetal．，2010);第3个峰推测为FeO还原为Fe，叠加钙钛矿中部分Fe3+被还原的过程(Ciambellietal．，2001)．相比LCF-800℃，L4M-800℃中的峰有所变化，原来的第1个峰分裂成了311．5℃和404．0℃2个峰，第2个峰位于494．1℃基本没偏移，第3个峰则分裂出部分并向低温移到了669．7℃．还原峰整体向低温?
环境科学学报37卷图8L4M前驱体在不同温度下焙烧后的活性Fig．8ActivityofL4Msampleswiththeprecursorcalcinedatdifferenttemperatures3．2．2第二载体涂覆量对活性的影响第二载体涂覆量的影响如表4和图9所示．当不涂覆第二载体时(即MgAl2O4涂覆量为0)，整体催化剂活性总体较差，但在低于500℃时活性好，可能是过渡层和L4M直接接触时，生成了低温活性较好的物种，但由于低温下转化率不高，而高温时总体活性较低，没有价值．第二载体涂覆量最佳值大概在0．1477～表4MgAl2O4涂覆量对活性的影响Table4EffectofMgAl2O4loadingonactivityMgAl2O4涂覆量/gL4M涂覆量/g甲烷转化率X600k600/(L·g－1·s－1)00．19914．5%0．17540．14770．272616．9%0．51820．20930．288819．3%0．56210．25960．272716．8%0．51260．36700．276214．0%0．4132图9MgAl2O4涂覆量对活性的影响Fig．9EffectofMgAl2O4loadingonactivity0．2596g，达到下限后活性明显上升，而超过上限后则开始下降．若以600℃的活性作为标准，涂覆量在0．2093g时，k600值最高，活性最好．涂覆量少时，第二载体涂层未能完全将过渡层覆盖，未能起到隔离和均匀分散复合催化剂的作用;受总涂覆量限制，若第二载体涂层过厚，又会影响活性层的涂覆效果．3．2．3活性层涂覆量对活性的影响控制第二载体涂覆量在最佳值内，改变活性催化剂的涂覆量，结果如表5和图10所示．催化剂涂覆量从0．4955g增加到0．7263g时，但k值有所下降(图10);在600℃下，甲烷转化率(X600)从31．5%上升到43．2%(表5)，但k600值差别不大．当涂覆量增加到1．1187g时，虽然X600能达到53．2%，但k值明显下降．原因
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿乏风甲烷增浓技术研究进展[J]. 姜文曼,刘锡明,韩永辉,崔艳欣,冯润泽. 广州化工. 2015(01)
[2]乏风瓦斯催化燃烧实验研究[J]. 霍春秀,李强. 矿业安全与环保. 2014(04)
[3]煤矿排风低浓度瓦斯节能减排潜力分析[J]. 杨启军,郝小礼,冯涛,王鹏飞,王贤来. 矿业工程研究. 2014(02)
[4]煤矿乏风瓦斯利用技术概况[J]. 马磊. 山东化工. 2014(01)
[5]低浓度甲烷催化燃烧La0.8Ca0.2FeO3/MgO蜂窝催化剂[J]. 史兵兵,江志东. 天然气化工（C1化学与化工）. 2013(03)
[6]我国矿井通风瓦斯利用潜力及经济性分析[J]. 刘文革,韩甲业,赵国泉. 中国煤层气. 2009(06)
[7]电泳沉积法在铁铬铝合金丝网上制备均匀的铝颗粒涂层[J]. 林志娇,王珂,王云兴,江志东. 电镀与涂饰. 2009(04)
[8]甲烷催化燃烧整体型催化剂研究进展[J]. 王珂,林志娇,江志东. 天然气化工（C1化学与化工）. 2009(01)
[9]Pd/CeZr/TiO2/Al2O3蜂窝状金属丝网催化剂选择催化还原NOx[J]. 孙红,全燮,张耀斌,赵雅芝. 环境科学. 2008(06)
[10]整体式催化剂性能及应用的研究进展[J]. 赵阳,郑亚锋,辛峰. 化学反应工程与工艺. 2004(04)
本文编号：3504508
【文章来源】：环境科学学报. 2017,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同温度焙烧后L4M的XＲD谱图
5期段伟杰等:La0．8Ca0．2FeO3/MgAl2O4丝网整体催化剂用于低浓度甲烷催化燃烧图5L4M-800℃的SEM图Fig．5SEMimageofL4M-800℃为探索MgAl2O4对LCF氧化还原性质的影响，用H2-TPＲ考察了经800℃及1000℃焙烧后，LCF和L4M的氧化能力，如图6和图7所示．还原温度从100℃到750℃，LCF主要有3个还原峰，800℃焙烧的峰最高点分别位于355．9、498．2℃和＞750℃，文献(Barberoetal．，2006;Pecchietal．，2008;图6不同温度焙烧的LCF的H2-TPＲ曲线Fig．6H2-TPＲcurvesofLCFcalcinedatdifferenttemperatures图7不同温度焙烧的L4M的H2-TPＲ曲线Fig．7H2-TPＲcurveofL4McalcinedatdifferenttemperaturesJiménezetal．，2010)的TPＲ表征也呈现类似的结果，但3个峰的位置有所差异，这可能受制备条件影响．文献(Barberoetal．，2006;Pecchietal．，2008;Jiménezetal．，2010)对La1－xCaxFeO3(x=0～0．4)的TPＲ测试均表明，在x=0时，即LaFeO3钙钛矿，在700℃之前没有TPＲ峰．随Ca2+取代增多导致Fe4+增加，第一个峰的面积会变大，同时Ca2+取代也导致钙钛矿晶格不稳定(Ciambellietal．，2001)，故第1个峰为钙钛矿中Fe4+还原为Fe3+;第2个峰，450～550℃之间的小峰是游离在晶格之外的小粒径或无定型α-Fe2O3被还原为FeO(Ciambellietal．，2001;Jiménezetal．，2010);第3个峰推测为FeO还原为Fe，叠加钙钛矿中部分Fe3+被还原的过程(Ciambellietal．，2001)．相比LCF-800℃，L4M-800℃中的峰有所变化，原来的第1个峰分裂成了311．5℃和404．0℃2个峰，第2个峰位于494．1℃基本没偏移，第3个峰则分裂出部分并向低温移到了669．7℃．还原峰整体向低温?
环境科学学报37卷图8L4M前驱体在不同温度下焙烧后的活性Fig．8ActivityofL4Msampleswiththeprecursorcalcinedatdifferenttemperatures3．2．2第二载体涂覆量对活性的影响第二载体涂覆量的影响如表4和图9所示．当不涂覆第二载体时(即MgAl2O4涂覆量为0)，整体催化剂活性总体较差，但在低于500℃时活性好，可能是过渡层和L4M直接接触时，生成了低温活性较好的物种，但由于低温下转化率不高，而高温时总体活性较低，没有价值．第二载体涂覆量最佳值大概在0．1477～表4MgAl2O4涂覆量对活性的影响Table4EffectofMgAl2O4loadingonactivityMgAl2O4涂覆量/gL4M涂覆量/g甲烷转化率X600k600/(L·g－1·s－1)00．19914．5%0．17540．14770．272616．9%0．51820．20930．288819．3%0．56210．25960．272716．8%0．51260．36700．276214．0%0．4132图9MgAl2O4涂覆量对活性的影响Fig．9EffectofMgAl2O4loadingonactivity0．2596g，达到下限后活性明显上升，而超过上限后则开始下降．若以600℃的活性作为标准，涂覆量在0．2093g时，k600值最高，活性最好．涂覆量少时，第二载体涂层未能完全将过渡层覆盖，未能起到隔离和均匀分散复合催化剂的作用;受总涂覆量限制，若第二载体涂层过厚，又会影响活性层的涂覆效果．3．2．3活性层涂覆量对活性的影响控制第二载体涂覆量在最佳值内，改变活性催化剂的涂覆量，结果如表5和图10所示．催化剂涂覆量从0．4955g增加到0．7263g时，但k值有所下降(图10);在600℃下，甲烷转化率(X600)从31．5%上升到43．2%(表5)，但k600值差别不大．当涂覆量增加到1．1187g时，虽然X600能达到53．2%，但k值明显下降．原因
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿乏风甲烷增浓技术研究进展[J]. 姜文曼,刘锡明,韩永辉,崔艳欣,冯润泽. 广州化工. 2015(01)
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[6]我国矿井通风瓦斯利用潜力及经济性分析[J]. 刘文革,韩甲业,赵国泉. 中国煤层气. 2009(06)
[7]电泳沉积法在铁铬铝合金丝网上制备均匀的铝颗粒涂层[J]. 林志娇,王珂,王云兴,江志东. 电镀与涂饰. 2009(04)
[8]甲烷催化燃烧整体型催化剂研究进展[J]. 王珂,林志娇,江志东. 天然气化工（C1化学与化工）. 2009(01)
[9]Pd/CeZr/TiO2/Al2O3蜂窝状金属丝网催化剂选择催化还原NOx[J]. 孙红,全燮,张耀斌,赵雅芝. 环境科学. 2008(06)
[10]整体式催化剂性能及应用的研究进展[J]. 赵阳,郑亚锋,辛峰. 化学反应工程与工艺. 2004(04)
本文编号：3504508
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