铈基催化剂的制备、表征及催化性能的研究

发布时间：2017-07-15 18:27

  本文关键词：铈基催化剂的制备、表征及催化性能的研究

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【摘要】：减少大气污染已经成为环境保护中的一个重要课题。其中CO和NO是主要的大气污染物,因此基于CO氧化和CO还原NO的研究受到越来越多科研人员的重视。而在催化反应中催化剂的选择很重要。一方面要廉价易得,另一方面要具有高的催化活性。贵金属催化剂虽然具有高活性,但昂贵且稀缺。因此研究非贵金属催化剂取代贵金属具有重大意义。CeO_2是一种具有萤石结构的稀土功能材料。其具有良好的储氧和释氧能力的同时也具备优秀的氧化还原性能,易于形成氧空位。因此在催化领域中,CeO_2受到广大研究者的关注。本文通过对CeO_2进行改性,并采用X射线衍射(XRD)、N_2物理吸附(BET、BJH)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线电子能谱(XPS)、激光拉曼光谱(LRS)、紫外可见漫反射(UV-vis DRS)、程序升温还原(H_2-TPR)、程序升温脱附(O_2-TPD、NO-TPD)及原位红外漫反射(in situ DRIFTS)对样品进行表征。以CO+O_2或CO+NO为反应模型对其进行催化性能的研究。本论文的主要结果如下：(1)采用共沉淀法和浸渍法合成CuO/MnO_x-CeO_2催化剂,系统考察CuO负载量及Mn掺杂量对催化剂的性质及催化活性的影响。发现当负载12%CuO, Ce:Mn=10:1时,催化剂的CO氧化催化活性最好。掺杂适量的Mn离子,有利于氧空位的形成。负载适量的CuO,提供了更多CO的吸附活性位Cu~+。同时基于Mn与Cu的相互作用,可以形成更多的Cu~+(Cu~(2+)+Mn~(2+)(?)Cu~++Mn~(3+),Cu~(2+)+Mn~(3+)(?)Cu~++Mn~(4+))。并且由于催化剂表面三对氧化还原对(Cu~(2+)/Cu~+, Ce~(4+)/Ce~(3+), Mn~(n+)/Mn~(n-1))的电子传递效应,诱发更多活泼晶格氧有利于CO氧化。因此CuO/MnO_x-CeO_2催化剂有较高的催化活性。(2)通过水热法分别合成纺锤型和球型CeO_2,以碳球为模板剂合成空心球型CeO_2,再通过浸渍法负载CuO。研究不同形貌的CeO_2对CuO/CeO_2催化剂性质和CO还原NO催化活性的影响。结果表明,不同形貌CeO_2催化剂比表面积、还原性、氧空位含量、CO和NO吸附物种的稳定性都不同,因此导致催化活性的区别。与此同时,Cu~(2+)配位环境的改变,对CeO_2与CuO之间的协同作用产生影响。
【关键词】：CeO_2 CuO CO氧化 CO还原NO
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第—章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 NO_x和CO的来源及危害11-12
• 1.3 CO和NO_x的消除12-15
• 1.3.1 CO的消除12-13
• 1.3.2 NO的消除13-14
• 1.3.3 NO和CO共同消除14-15
• 1.4 CeO_2的性质及作用15-16
• 1.5 铈基催化剂在环境催化中的研究16-19
• 1.5.1 铈基催化剂用于CO氧化的研究16-18
• 1.5.2 铈基催化剂用于CO+NO的研究18-19
• 1.6 论文的研究意义和研究内容19-21
• 第二章 实验过程及方法21-26
• 2.1 实验试剂及气体21
• 2.2 催化剂的制备21-23
• 2.2.1 CuO/MnO_x-CeO_2催化剂的制备21-22
• 2.2.2 不同形貌CuO/CeO_2催化剂的制备22-23
• 2.3 催化剂的表征23-25
• 2.4 催化性能测试25-26
• 2.4.1 CO氧化活性测试25
• 2.4.2 CO还原NO活性测试25-26
• 第三章 CuO/MnO_x-CeO_2催化荆的制备及CO氧化性能26-46
• 3.1 引言26-27
• 3.2 xCu/10Ce4Mn催化剂的表征及CO氧化性能27-37
• 3.2.1 XRD、BET、BJH表征结果27-29
• 3.2.2 XPS表征结果29-32
• 3.2.3 H_2-TPR和O_2-TPD表征结果32-34
• 3.2.4 CO氧化活性测试结果34-35
• 3.2.5 CO原位红外漫反射表征结果35-37
• 3.3 12 Cu/10CeyMn催化剂的表征及CO氧化性能37-43
• 3.3.1 XRD和LRS表征结果37-39
• 3.3.2 XPS表征结果39-40
• 3.3.3 H_2-TPR和O_2-TPD表征结果40-42
• 3.3.4 CO氧化活性测试结果42-43
• 3.3.5 CO+O_2原位红外漫反射表征结果43
• 3.4 讨论43-45
• 3.4.1 反应机理43-45
• 3.4.2 负载CuO的作用45
• 3.4.3 掺杂Mn离子的作用45
• 3.5 小结45-46
• 第四章 CuO/CeO_2催化剂的制备及CO还原NO性能46-68
• 4.1 引言46-47
• 4.2 不同形貌CeO_2和CuO/CeO_2催化剂的表征及CO还原NO性能47-59
• 4.2.1 XRD、BET表征结果47-48
• 4.2.2 UV-vis DRS表征结果48-49
• 4.2.3 SEM和TEM表征结果49-51
• 4.2.4 XPS表征结果51-52
• 4.2.5 H_2-TPR和NO-TPD表征结果52-54
• 4.2.6 CO还原NO活性测试结果54-55
• 4.2.7 CO+NO原位红外漫反射表征结果55-59
• 4.3 纺锤型zCuO/CeO_2催化剂的表征及CO还原NO性能59-64
• 4.3.1 XRD与BET表征结果59-60
• 4.3.2 SEM表征结果60-61
• 4.3.3 H_2-TPR和O_2-TPD表征结果61-63
• 4.3.4 CO还原NO活性测试结果63-64
• 4.4 讨论64-67
• 4.4.1 反应机理64-66
• 4.4.2 不同形貌CeO_2的作用66
• 4.4.3 负载CuO的作用66-67
• 4.5 小结67-68
• 第五章 结论与展望68-70
• 5.1 结论68-69
• 5.2 展望69-70
• 参考文献70-78
• 致谢78-79
• 攻读学位期间发表的学术论文79

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