Ce基整体催化剂的制备及其甲烷贫氧催化燃烧性能研究
发布时间：2022-01-22 10:43
煤层气作为一种热值高、清洁高效的新能源,是常规天然气的重要补充。然而煤层气由于混入空气而存在的潜在危险限制了其回收利用。混空煤层气脱氧是其综合利用的前提。催化燃烧是煤层气脱氧的最有效方法之一,其关键是研究和开发在贫氧气氛下具有高活性和稳定性的催化剂。CeO2储氧能力和氧化还原性能较好,并能与贵金属相互作用促进反应活性,整体催化剂有利于降低压降,促进传质、传热过程。结合上述优势,本文制备了不同类型的Ce基氧化物涂层整体催化剂,研究甲烷贫氧催化燃烧的反应特点,对整体催化剂的活性、稳定性及反应机理进行了深入研究。主要研究结果如下:采用柠檬酸法制备Ce0.8M0.2复合氧化物涂层,通过Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zr、La等元素的掺杂实现对CeO2的改性。XRD和H2-TPR等表征显示金属离子价态和半径的不同能够使CeO2晶格形成缺陷和氧空位,改变催化剂的晶粒度、比表面积和氧化还原能力,从而影响催化剂的起燃和完全转化活性。少量La的掺入提高了复合氧化物的表面氧物种、氧空位浓度和高温还原能力,从而将CeO2上O2的完全转化温度降低80 ℃,达到620 ℃。CeO2中贵金属Pd和Pt的加入大幅降...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．６钙钛矿的结构模型??Ｆｉｇ．?１．６?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ??
图１．８催化剂表面Ｐｄ－ＰｄＯ活性位点上甲烷活化示意刚６９１??Ｆｉｇ．?１．８?Ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍｅ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｔｈａｎｅ?ｏｎ?ａ?ｓｕｒｆａｃｅ?Ｐｄ－ＰｄＯ?ｓｉｔｅ?ｐａｉｒ?１６１１??贵金属催化剂，尤其是Ｐｄ基催化剂上的动力学研究显示反应速率对于甲烷的指数??接近于１，而氧气浓度对活性影响不大［６９，７Ｃ）１。对于反应机理屮甲烷的活化过程以及控制??步骤一直存在争议。目前认为Ｐｄ催化剂上甲烷催化燃烧最认吋的机理是Ｍａｒｓ－ｖａｎ??Ｋｒｅｖｅｌｅｎ?（氧化还原）机理，即ＰｄＯ屮的氧参与甲烷的氧化｜６９，７Ｕ７２］。该机理认为，反应第??－步是ＰｄＯ被甲烷裂解屯成的甲基和氢原子还原，之后Ｐｄ在第二少骤中被氧气重新氧??化。催化剂表面的活忡氧物种对于甲烷完全燃烧活忭起到关键作用［１（）１。??Ｃｉｕｐａｒｕ等人［７３１用同位素标记反应物０２，验证产物中氧的来源。作者发现经过预还??原的催化剂表面在反应过程中部分氧化产生ＰｄｌｘＯ，说明气相氧４固体表面作用的过程??中发生了?Ｐｄ的氧化。作齐认为Ｐｄ金属卜．的吸附氧和载体表面氧均参与了甲烷的氧化过??程，载体和贵金属间存在氧交换，载体的氧移动能力能够影响ＰｄＯ与气相氧的氧交换程??度。Ｉｇｌｅｓｉａ１７１＾过同位素标记的方法ＣＨ４－Ｃ〇ｒ１６０２－１８０２研允了?Ｐｄ０／Ｚｒ０２上甲烷氧化路??
从而促进反应活性ｆＷ１。??将金属或金属氧化物限制在无机物的壳中（槽或腔体）能够形成具有高活性和热稳定??性的新型非均相催化剂１１（＇如图１．?１０所示，Ｃａｒｇｎｅｌｌｏ等人制备了一种以Ｐｄ为核心，??ｃｅ〇２Ｓ外壳的催化剂，将贵金属包覆在氧化物里面，该模型催化剂显示出很高的催化??活性和优秀的热稳定性１１（＞１１。??－１７－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Morphology-dependent nanocatalysis on metal oxides[J]. LI Yong & SHEN WenJie * State Key Laboratory of Catalysis;Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Dalian 116023,China. Science China（Chemistry）. 2012(12)
[2]Role of Surface Adsorption in Fast Oxygen Storage/Release of CeO2-ZrO2 Mixed Oxides[J]. 吴晓东,梁清,吴筱笛,翁端. Journal of Rare Earths. 2007(04)
本文编号：3602053
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．６钙钛矿的结构模型??Ｆｉｇ．?１．６?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ??
图１．８催化剂表面Ｐｄ－ＰｄＯ活性位点上甲烷活化示意刚６９１??Ｆｉｇ．?１．８?Ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍｅ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｔｈａｎｅ?ｏｎ?ａ?ｓｕｒｆａｃｅ?Ｐｄ－ＰｄＯ?ｓｉｔｅ?ｐａｉｒ?１６１１??贵金属催化剂，尤其是Ｐｄ基催化剂上的动力学研究显示反应速率对于甲烷的指数??接近于１，而氧气浓度对活性影响不大［６９，７Ｃ）１。对于反应机理屮甲烷的活化过程以及控制??步骤一直存在争议。目前认为Ｐｄ催化剂上甲烷催化燃烧最认吋的机理是Ｍａｒｓ－ｖａｎ??Ｋｒｅｖｅｌｅｎ?（氧化还原）机理，即ＰｄＯ屮的氧参与甲烷的氧化｜６９，７Ｕ７２］。该机理认为，反应第??－步是ＰｄＯ被甲烷裂解屯成的甲基和氢原子还原，之后Ｐｄ在第二少骤中被氧气重新氧??化。催化剂表面的活忡氧物种对于甲烷完全燃烧活忭起到关键作用［１（）１。??Ｃｉｕｐａｒｕ等人［７３１用同位素标记反应物０２，验证产物中氧的来源。作者发现经过预还??原的催化剂表面在反应过程中部分氧化产生ＰｄｌｘＯ，说明气相氧４固体表面作用的过程??中发生了?Ｐｄ的氧化。作齐认为Ｐｄ金属卜．的吸附氧和载体表面氧均参与了甲烷的氧化过??程，载体和贵金属间存在氧交换，载体的氧移动能力能够影响ＰｄＯ与气相氧的氧交换程??度。Ｉｇｌｅｓｉａ１７１＾过同位素标记的方法ＣＨ４－Ｃ〇ｒ１６０２－１８０２研允了?Ｐｄ０／Ｚｒ０２上甲烷氧化路??
从而促进反应活性ｆＷ１。??将金属或金属氧化物限制在无机物的壳中（槽或腔体）能够形成具有高活性和热稳定??性的新型非均相催化剂１１（＇如图１．?１０所示，Ｃａｒｇｎｅｌｌｏ等人制备了一种以Ｐｄ为核心，??ｃｅ〇２Ｓ外壳的催化剂，将贵金属包覆在氧化物里面，该模型催化剂显示出很高的催化??活性和优秀的热稳定性１１（＞１１。??－１７－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Morphology-dependent nanocatalysis on metal oxides[J]. LI Yong & SHEN WenJie * State Key Laboratory of Catalysis;Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Dalian 116023,China. Science China（Chemistry）. 2012(12)
[2]Role of Surface Adsorption in Fast Oxygen Storage/Release of CeO2-ZrO2 Mixed Oxides[J]. 吴晓东,梁清,吴筱笛,翁端. Journal of Rare Earths. 2007(04)
本文编号：3602053
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