镍系钙钛矿同时去除氮氧化物和碳烟颗粒的催化性能

发布时间：2020-11-03 00:46

　　 柴油机排放的NOx和碳烟颗粒,严重危害人们赖以生存的环境。因此,同时去除NOx和碳烟颗粒的柴油机后处理技术,具有重要的研究意义。钙钛矿型和类钙钛矿型催化剂具有独特的结构特征,对NOx和碳烟颗粒的消除表现出良好的催化活性。本文采用柠檬酸络合法制备了以Ni为B位原子的ABO3钙钛矿型和A2BO4类钙钛矿型催化剂,分别从A位或B位两方面掺杂其他元素对催化剂进行改性,并且根据中心复合试验设计制备出了双取代A2BO4型类钙钛矿催化剂。使用XRD、FT-IR、H2-TPR、XPS及SEM等多种表征手段对催化剂进行了表征。在模拟柴油机尾气组成的条件下,评价催化剂用于同时去除NOx和碳烟颗粒反应的催化性能,同时研究了不同气体组成和接触方式对活性的影响。 制备的La1-xCexNiO3 (0≤x≤0.05)钙钛矿催化剂属于六方晶系,Ce掺杂后形成稳定钙钛矿结构的适宜掺杂量为x 0.05。Ce的掺杂提高了催化剂的活性,当Ce取代量达到0.03时,催化剂活性最高,NO转化为N2的最大转化率(XNO max)为11.8%,而点火温度(Tig)为314°C。 制备的La2-xSrxNiO4 (0≤x≤1.0)类钙钛矿催化剂呈现四方晶系结构。Ni2+离子数量、催化剂体系中的氧空位和晶格氧的移动性是该反应的三个重要的因素。Sr的掺杂提高了催化剂的活性,当Sr取代量为0.5时,催化剂活性最高,XNO max为20.6%,而且Tig为251°C。 制备的La2Ni1-xCuxO4 (0≤x≤1.0)类钙钛矿催化剂呈现正交晶系结构。B位中Cu的掺杂,加剧了正交晶系扭曲,导致包含非化学计量比氧的能力下降。当Cu取代量为0.6时,催化剂活性最高,XNO max为15.6%,而且Tig为246°C。 利用中心复合试验设计制备出La2-xSrxNi1-yCuyO4 (0 x 1.0, 0 y 1.0)双取代类钙钛矿催化剂,采用MINITAB统计软件得出响应值XNO max和Tig和影响因素X1 (Sr取代量)和X2 (Cu取代量)之间的相互关系。按照MINITAB响应表面优化程序得到的最优组成为X1 = 0.92,X2 = 0.32。按照优化组成制备的催化剂,活性评价结果为,XNO max为27.7%,Tig为239°C,与预测值相符。对优化组成的催化剂进行表征,结果表明催化剂中存在着能够直接参与NOx的还原的α′氧,同时还具有较强晶格氧的移动性。在优化组成的催化剂上,固定O2进口浓度不变,活性随着NO进口浓度升高而增加;固定NO进口浓度不变,活性随着O2进口浓度升高而下降;催化剂和碳烟颗粒采用松散接触方式时,活性有所下降。将最优组成催化剂用于模拟实际柴油机排放的NO和O2的比例和接触方式下,XNO max为20.8%,Tig为222°C。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2010
【中图分类】：X51
【部分图文】：

太阳光的作用下发生化学反应，生成一种称之为“光化学烟雾”的有毒气体，会对眼睛和粘膜造成刺激，引发头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病、儿童肺功图1-1 柴油机排污物排放标准 (引自Liu[6])Figure1-1 Emissions regulation for heavy-duty diesel vehicles (reproduced from Z.Liu[6])

1.3.2.1 碳烟颗粒的形成柴油机工作时，燃料是通过高压油嘴直接喷入汽缸中的小的油滴，并且悬浮于压缩气体中。在油滴与高温压缩气体烃很快气化，而重质烃会以液态油滴形式暂时存在，因此在层油蒸汽。这层油蒸气与空气混合后，就会形成均匀的油气周围。当油气混合气高温燃烧时，会引起局部氧气的消耗，缺，致使油滴燃烧不完全而导致燃料的碳化。这些碳化后的附一些未燃烧的碳氢化合物、水蒸汽、杂质之后就形成了碳1.3.2.2 碳烟颗粒的结构典型的柴油机碳烟颗粒结构如图 1-2 所示。它的内部是燃烧产生的碳聚集而成[8]。此外碳核的表面还吸附碳氢化合过程中所产生的水蒸气。碳烟颗粒的大小和结构随发动机工成分、燃料喷射的形式及大气状况的变化而变化[8]。
【引证文献】

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1 黄志勇;;柴油机尾气净化处理的研究进展[J];广东化工;2011年08期

本文编号：2867832