限域钾碳烟燃烧催化剂的制备及其机理

发布时间：2017-07-14 22:46

  本文关键词：限域钾碳烟燃烧催化剂的制备及其机理

  更多相关文章： 限域K催化剂 隐钾锰矿 ZSM-5分子筛 碳烟燃烧 机理

【摘要】：机动车尾气排放的颗粒物(PM)已经成为我国雾霾的主要来源之一,其中柴油车所排放的颗粒物占到汽车总颗粒物排放的90%,因此消除柴油车尾气中的颗粒物是改善我国环境的重要环节。DPF技术是现在最常用的柴油车尾气颗粒物处理技术,该技术的关键就是选取一种性能优越的催化剂用于DPF的再生。催化反应中活性位的确认及表征对于从微观角度理解催化反应的机理、设计多相催化剂具有十分重要的意义。含K催化剂已被证明是最优秀的碳烟燃烧催化剂,而这种优秀的活性一般被归于以下两个原因:一是K物种对于催化剂与碳烟颗粒之间接触条件的改善,二是K与载体之间的强相互作用。在本实验室的前期研究中发现,K可以作为催化碳烟燃烧的活性位,以此来增强催化活性,但缺乏直接的证据来证明这一观点。限域型催化剂是一种具有特殊结构的催化剂,这类催化剂利用特殊的结构将催化剂的活性位限域在一个特殊的结构中,在保证催化剂活性的前提下,又实现了活性位的分离。结合这一思想,我们制备了限域型隐钾锰矿(K_(2-x)Mn_8O_(16))催化剂并通过研究了其催化碳烟燃烧的反应机理。利用XRD、TEM、ICP、BET、FT-IR、XPS、XAFS等表征手段排除了隐钾锰矿中表面K物种的存在,证明了隐钾锰矿中不存在K物种通过改善接触条件来增强催化活性的可能性。同时证明K与Mn之间不存在强相互作用,说明隐钾锰矿中的K不是以强相互作用的方式来提高催化活性。最终通过活性测试证明了隐钾锰矿中的K是以活性位的角色参与催化反应。限域型隐钾锰矿催化剂极好的证明了K可以作为活性位参与催化碳烟燃烧反应,但是由于催化剂中的Mn本身存在一定的氧化碳烟能力,所以Mn的作用不能被完全的消除。ZSM-5是一种微孔的Si、Al分子筛,在各个领域已得到广泛应用。ZSM-5中,Si和Al不存在氧化碳烟能力且其用微孔结构可以实现活性位的限域,因此为进一步证明K可以作为催化碳烟燃烧的活性位这一观点,我们利用水热法制备了ZSM-5型分子筛,并利用离子交换的方法将碱金属引入到ZSM-5中,制备了M-ZSM-5分子筛催化剂。利用XRD,BET,FT-IR,SEM等表征手段对催化剂的组成和结构进行了表征。最后我们对M-ZSM-5催化剂催化碳烟燃烧性能进行了评价,发现催化剂催化碳烟燃烧的性能与碱金属本身的性质相关。
【关键词】：限域K催化剂 隐钾锰矿 ZSM-5分子筛 碳烟燃烧 机理
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X734.2;O643.36
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 柴油车尾气的排放特征、组成和危害12-14
• 1.2.1 柴油车尾气的排放特征12
• 1.2.2 柴油车尾气的组成12
• 1.2.3 柴油车尾气的危害12-14
• 1.3 柴油车尾气控制技术14-17
• 1.3.1 改善燃油品质14
• 1.3.2 机内净化技术14-15
• 1.3.3 尾气后处理技术15-17
• 1.4 碳烟燃烧催化剂17-21
• 1.4.1 贵金属催化剂17-18
• 1.4.2 过渡金属氧化物催化剂18-19
• 1.4.3 熔盐催化剂19
• 1.4.4 含碱金属催化剂19-21
• 1.5 问题的引出和本文的主要工作21-23
• 第二章 实验部分23-31
• 2.1 化学试剂及实验用气23-24
• 2.2 实验仪器24-25
• 2.3 催化剂表征方法25-27
• 2.4 性能测试方法27-31
• 第三章 隐钾锰矿的水热法制备、表征及其催化碳烟燃烧性能31-39
• 3.1 催化剂的制备32
• 3.2 催化剂的表征结果与讨论32-36
• 3.2.1 XRD表征结果及分析32-33
• 3.2.2 TEM表征结果及分析33-34
• 3.2.3 XAFS表征结果及分析34-36
• 3.3 活性测试结果与讨论36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 隐钾锰矿的固相法制备、表征及其催化碳烟燃烧性能39-67
• 4.1 催化剂的制备39-40
• 4.2 催化剂的表征结果与讨论40-57
• 4.2.1 XRD表征结果及分析40-42
• 4.2.2 ICP成分分析42-43
• 4.2.3 BET测试结果及分析43-45
• 4.2.4 TEM表征结果及分析45-47
• 4.2.5 H_2-TPR测试结果及分析47-48
• 4.2.6 FT-IR测试结果及分析48-49
• 4.2.7 XAFS表征结果及分析49-51
• 4.2.8 XPS表征结果及分析51-55
• 4.2.9 CO_2-TPD实验结果及分析55-56
• 4.2.10 O_2-TPD实验结果及分析56-57
• 4.3 活性测试结果与讨论57-65
• 4.3.1 氧气程序升温氧化结果与讨论57-58
• 4.3.2 等温反应实验结果与讨论58-60
• 4.3.3 同位素示踪实验结果与讨论60-61
• 4.3.4 一氧化碳程序升温氧化结果与讨论61-62
• 4.3.5 稳定性实验结果与讨论62-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第五章 M-ZSM-5 型分子筛的制备、表征及其催化碳烟燃烧性能67-81
• 5.1 催化剂的制备67-68
• 5.2 催化剂的表征结果与讨论68-74
• 5.2.1 XRD表征结果及分析68
• 5.2.2 BET表征结果及分析68-70
• 5.2.3 SEM表征结果及分析70-72
• 5.2.4 FT-IR测试结果及分析72-73
• 5.2.5 ICP测试结果及分析73-74
• 5.3 活性测试结果与讨论74-79
• 5.3.1 氧气程序升温氧化结果与讨论74-77
• 5.3.2 等温反应实验结果与讨论77-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第六章 结论与展望81-83
• 参考文献83-91
• 致谢91-93
• 附录93

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