用于CO低温氧化的助剂促进型钴基催化剂的研究

发布时间：2017-10-09 04:01

  本文关键词：用于CO低温氧化的助剂促进型钴基催化剂的研究

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【摘要】：汽车排放的尾气、化石燃料的不完全燃烧均会造成CO的排放,并引起持续的环境污染问题。另一方面,在质子交换膜燃料电池的原料氢气中存在约0.5~3%的CO,易导致燃料电池电极中毒,也需要转化消除。一氧化碳的低温催化氧化是一个重要的CO转化技术,该技术不仅能缓解日益严重的环境问题,也能提高燃料电池效率,具有经济和环境上的诸多优势。在CO的低温氧化反应中,钴基催化剂因其对CO的较强的转化能力得到了较多关注,不过,其低温活性仍待提高。本论文以Co_3O_4为活性组分,研究了甲酸改性的Co_3O_4-CeO_2催化剂和Co_3O_4-Fe_3O_4/In_2O_3催化剂,分别用于CO的低温催化反应中;此外,还研究了制备方法、助剂以及结构改性等手段对催化剂的催化性能的影响,并探讨了催化构效关系。本文通过水热合成法成功制备了甲酸改性Co_3O_4-CeO_2催化剂,该催化剂在CO的活性测试过程中呈现出较高的催化性能:T50和T100(T50和T100分别是转化率达到50%及100%的温度)分别为69.5oC和150oC。表征结果表明,经过甲酸改性后,催化剂比表面积以及孔容都有所变大,CO的吸附量增加;活性位及TOF的计算表明,酸处理后的催化剂具有更多的活性位,反应活性得到提高。本论文选择掺杂Fe_3O_4以及In_2O_3等组分,分步合成了Co_3O_4-Fe_3O_4/In_2O_3催化剂,并将其用于CO低温催化氧化的反应中,并探讨了In_2O_3的含量对反应活性的影响。实验结果表明,当(Co_3O_4-Fe_3O_4)与In_2O_3的摩尔比为12:4时,催化剂的活性最佳,其T50和T100分别为114oC和215oC。表征结果表明,In_2O_3的引入,提高了催化剂的孔容孔径;In_2O_3的掺杂增大了催化剂对CO的吸附量,对CO的转化活性提高。
【关键词】：CO氧化 Co_3O_4-CeO_2 催化剂 Co_3O_4-Fe_3O_4/In_2O_3 催化剂甲酸改性
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-21
• 1.1 CO氧化反应研究背景8
• 1.2 CO催化氧化反应机理8-10
• 1.3 CO氧化催化剂研究10-15
• 1.3.1 贵金属催化剂10-13
• 1.3.2 非贵金属催化剂类型13
• 1.3.3 Co催化剂13-15
• 1.4 催化剂的制备方法15-19
• 1.4.1 共沉淀法15-16
• 1.4.2 水热法16-17
• 1.4.3 溶胶-凝胶法17
• 1.4.4 浸渍法17-18
• 1.4.5 固相法18
• 1.4.6 自燃烧法18-19
• 1.5 本课题的研究背景及研究内容19-21
• 1.5.1 本课题研究背景19-20
• 1.5.2 本课题主要研究内容20
• 1.5.3 研究重点20-21
• 第2章 CO低温氧化实验部分及分析方法21-26
• 2.1 原料试剂及仪器设备21-22
• 2.1.1 原料试剂21-22
• 2.1.2 主要仪器及设备22
• 2.2 催化剂的制备22
• 2.3 催化剂活性评价22-24
• 2.3.1 催化剂评价装置及实验条件22
• 2.3.2 催化剂评价流程22-24
• 2.4 催化剂表征24-26
• 2.4.1 X射线粉末衍射分析（XRD）24
• 2.4.2 比表面积及孔结构测定（BET）24
• 2.4.3 程序升温还原（H_2-TPR）24
• 2.4.4 X-射线光电子能谱（XPS）24-25
• 2.4.5 透射电子显微镜（TEM）25
• 2.4.6 CO吸脱附性能测试（CO-TPD）25
• 2.4.7 电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）25
• 2.4.8 H_2-TPD25-26
• 第3章 甲酸改性Co_3O_4-CeO_2催化剂活性研究26-38
• 3.1 引言26-27
• 3.2 甲酸改性Co_3O_4-CeO_2催化剂的制备27-28
• 3.2.1 Co_3O_4的制备27
• 3.2.2 Co_3O_4-CeO_2的制备27
• 3.2.3 甲酸改性Co_3O_4-CeO_2催化剂的制备27
• 3.2.4 一锅法制备Co_3O_4-CeO_2-0.527-28
• 3.3 实验结果与讨论28-30
• 3.3.1 催化剂活性测试28-29
• 3.3.2 稳定性测试29
• 3.3.3 制备方法对活性的影响29-30
• 3.4 催化剂性能表征30-37
• 3.4.1 XRD表征30-31
• 3.4.2 TEM表征31
• 3.4.3 ICP-AES表征31-32
• 3.4.4 N_2的物理吸脱附实验32-33
• 3.4.5 H_2-TPR表征33-34
• 3.4.6 XPS表征34-35
• 3.4.7 CO-TPD35
• 3.4.8 H_2-TPD表征35-36
• 3.4.9 讨论部分36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 Co_3O_4-Fe_3O_4/In_2O_3催化剂制备及活性研究38-51
• 4.1 引言38-39
• 4.2 Co_3O_4-Fe_3O_4/In_2O_3催化剂的制备39-40
• 4.2.1 Co_3O_4-Fe_3O_4的制备39
• 4.2.2 Co_3O_4-Fe_3O_4/In_2O_3的制备39
• 4.2.3 一锅法制备Co_3O_4-Fe_3O_4/In_2O_3-439-40
• 4.3 实验结果与讨论40-42
• 4.3.1 CO低温氧化反应活性测试结果40-41
• 4.3.2 制备方法对活性的影响41-42
• 4.4 催化剂表征42-49
• 4.4.1 XRD表征42-44
• 4.4.2 N_2物理吸附实验44-45
• 4.4.3 H_2-TPR表征45-46
• 4.4.4 CO-TPD表征46-47
• 4.4.5 ICP-AES47
• 4.4.6 XPS表征47-49
• 4.5 本章小结49-51
• 结论51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-60
• 攻读学位期间取得的学术成果60

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