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耐高温高比表面Ce-Zr复合氧化铝材料在甲烷燃烧及汽车尾气净化催化剂中催化作用性能的研究

发布时间:2022-11-03 18:41
  催化燃烧与汽车尾气净化反应对催化剂的共同要求是具有良好的低温活性和高温热稳定性。γ-Al2O3是目前应用最广泛的催化剂载体之一。然而,Al2O3的热稳定性问题仍然长期困扰着人们,尤其是在高温和有水蒸汽存在的场合,介稳态Al2O3容易发生相变和烧结,向热力学上稳定的α相和大颗粒化发展,使比表面积大幅度下降。这是导致负载型催化剂失活的重要原因之一。因此,研究和开发在高温下稳定的、高比表面的氧化铝新材料,对改善催化剂的使用寿命具有极其重要的理论和现实应用意义。 本论文针对耐高温高比表面的载体材料的制备及负载Pd催化剂在甲烷燃烧和汽车尾气净化反应中的催化作用进行了详细的研究。首先采用溶胶-凝胶和超临界干燥法合成了硅改性的耐高温高比表面的氧化铝材料,其次采用浸渍法及溶胶-凝胶和超临界干燥技术相结合的方法合成了耐高温高比表面Ce-Zr复合氧化铝材料,并分别考察了负载Pd催化剂在甲烷燃烧和汽车尾气净化反应中的催化性能,以及用碱土、稀土、过渡金属氧化物... 

【文章页数】:183 页

【学位级别】:博士

【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 引言
    1.2 耐高温高比表面氧化铝材料的制备及应用研究进展
        1.2.1 制备方法对氧化铝热稳定的影响
            1.2.1.1 溶胶-凝胶法
            1.2.1.2 水热法
            1.2.1.3 模板剂法
        1.2.2 添加剂对氧化铝热稳定性的影响
            1.2.2.1 二氧化硅
            1.2.2.2 碱土金属
            1.2.2.3 稀土金属
            1.2.2.4 其它氧化物
        1.2.3 耐高温高比表面氧化铝的应用
    1.3 甲烷燃烧催化剂研究进展
        1.3.1 甲烷催化燃烧反应机理
        1.3.2 甲烷燃烧催化剂体系的研究
            1.3.2.1 贵金属催化剂
            1.3.2.2 金属氧化物催化剂
            1.3.2.3 钙钛矿型稀土复合氧化物
            1.3.2.4 六铝酸盐高温催化剂
    1.4 汽车尾气净化催化剂研究进展
        1.4.1 三效催化剂的作用机理
        1.4.2 汽车尾气净化催化剂体系的研究
            1.4.2.1 载体
            1.4.2.2 高比表面的载体涂层
            1.4.2.3 非贵金属氧化物助催化剂
            1.4.2.4 贵金属催化剂
            1.4.2.5 钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂
    1.5 选题依据和研究内容
    参考文献
第二章 耐高温高比表面氧化铝材料的制备与表征
    2.1 实验部分
        2.1.1 原料与试剂
        2.1.2 样品的制备
        2.1.3 样品的表征
            2.1.3.1 样品的比表面及孔结构测定
            2.1.3.2 X-射线衍射分析(XRD)
            2.1.3.3 透射电镜分析(TEM)
            2.1.3.4 ~(27)Al MAS NMR和~(29)Si MAS NMR实验
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 样品的比表面积和孔结构分析
        2.2.2 XRD结果分析
        2.2.3 透射电镜(TEM)结果分析
        2.2.4 ~(27)Al和~(29)Si MAS NMR结果分析
    2.3 小结
    参考文献
第三章 耐高温高比表面Ce-Zr复合氧化铝材料在甲烷燃烧催化剂中催化作用性能的研究
    3.1 不同方法改性的氧化铝材料负载Pd催化剂上甲烷燃烧性能的研究
        3.1.1 实验部分
            3.1.1.1 原料与试剂
            3.1.1.2 氧化铝载体的制备
            3.1.1.3 催化剂的制备
            3.1.1.4 催化剂的表征
                3.1.1.4.1 X-射线衍射(XRD)测定
                3.1.1.4.2 透射电镜(TEM)测定
            3.1.1.5 催化剂的活性评价
        3.1.2 结果与讨论
            3.1.2.1 载体的比表面积分析结果
            3.1.2.2 催化剂的XRD分析结果
            3.1.2.3 催化剂的甲烷燃烧活性
            3.1.2.4 催化剂的透射电镜(TEM)分析结果
        3.1.3 小结
        参考文献
    3.2 Pd/Ce_xZr_(1-x)/Al_2O_3催化剂上甲烷催化燃烧性能的研究
        3.2.1 实验部分
            3.2.1.1 原料与试剂
            3.2.1.2 Ce_xZr_(1-x)/Al_2O_3载体的制备
            3.2.1.3 催化剂的制备
            3.2.1.4 催化剂的表征
                3.2.1.4.1 样品的比表面测定
                3.2.1.4.2 X-射线衍射(XRD)测定
                3.2.1.4.3 激光拉曼光谱测定
                3.2.1.4.4 程序升温还原(H_2-TPR)测定
                3.2.1.4.5 程序升温氧化(O_2-TPO)测定
                3.1.1.4.6 XPS测定
            3.2.1.5 催化剂的活性评价
        3.2.2 结果与讨论
            3.2.2.1 Ce_xZr_(1-x)/Al_2O_3载体的比表面积测定结果
            3.2.2.2 Ce_xZr_(1-x)/Al_2O_3载体的XRD和Raman光谱分析结果
            3.2.2.3 催化剂的甲烷燃烧性能
                3.2.2.3.1 Pd/Ce_xZr_(1-x)/Al_2O_3催化剂的甲烷燃烧活性
                3.2.2.3.2 载体预处理温度对Pd/Ce_(0.2)Zr_(0.8)/Al_2O_3催化剂活性和热稳定性的影响
                3.2.2.3.3 Ce-Zr氧化物负载量对Pd/Ce_(0.2)Zr_(0.8)/Al_2O_3催化剂活性和热稳定性的影响
                3.2.2.3.4 Pd负载量对Pd/Ce_(0.2)Zr_(0.8)/Al_2O_3催化活性和热稳定性的影响
            3.2.2.4 Pd/Ce_(0.2)Zr_(0.8)/Al_2O_3催化剂的透射电镜(TEM)分析结果
            3.2.2.5 Pd/Ce_xZr_(1-x)/Al_2O_3催化剂的H_2-TPR结果
            3.2.2.6 Pd/Ce_xZr_(1-x)/Al_2O_3催化剂的O_2-TPO结果
        3.2.3 小结
        参考文献
    3.3 添加碱土金属对Pd/Ce_(0.2)Zr_(0.8)/Al_2O_3催化剂上甲烷催化燃烧性能的影响
        3.3.1 实验部分
            3.3.1.1 原料与试剂
            3.3.1.2 Ce-Zr-M/Al_2O_3(M=Mg、Ca、Sr和Ba)载体的制备
            3.3.1.3 催化剂的制备
            3.3.1.4 催化剂的表征
                3.3.1.4.1 样品的比表面测定
                3.3.1.4.2 X-射线衍射(XRD)分析
                3.3.1.4.3 TEM的测定
                3.3.1.4.4 程序升温还原(H_2-TPR)
                3.3.1.4.5 程序升温氧化(O_2-TPO)
                3.3.1.4.6 程序升温表面反应(CH_4/O_2-TPSR)
            3.3.1.5 催化剂的活性评价
        3.3.2 结果与讨论
            3.3.2.1 催化剂的比表面积测定结果
            3.3.2.2 催化剂的XRD表征结果
            3.3.2.3 Pd/Ce-Zr-M/Al_2O_3(M=Mg、Ca、Sr和Ba)催化剂的甲烷燃烧活性
            3.3.2.4 Pd/Ce-Zr-Ca/Al_2O_3催化剂的TEM分析结果
            3.3.2.5 Pd/Ce-Zr-M/Al_2O_3催化剂的H_2-TPR结果
            3.3.2.6 Pd/Ce-Zr-M/Al_2O_3催化剂的O_2-TPO和CH_4/O_2-TPSR结果
        3.3.3 小结
        参考文献
    3.4 添加过渡金属对Pd/Ce_(0.2)Zr_(0.8)/Al_2O_3催化剂上甲烷催化燃烧性能的影响
        3.4.1 实验部分
            3.4.1.1 原料与试剂
            3.4.1.2 Ce-Zr-M/Al_2O_3(M=Cr、Mn、Fe、Co和Ni)载体的制备
            3.4.1.3 催化剂的制备
            3.4.1.4 催化剂的表征
                3.4.1.4.1 样品的比表面测定
                3.4.1.4.2 X-射线衍射(XRD)分析
                3.4.1.4.3 TEM的测定
                3.4.1.4.4 程序升温还原(H_2-TPR)
                3.4.1.4.5 程序升温氧化(O_2-TPO)
                3.4.1.4.6 程序升温表面反应(CH_4/O_2-TPSR)
            3.4.1.5 催化剂的活性评价
        3.4.2 结果与讨论
            3.4.2.1 催化剂的XRD表征结果
            3.4.2.2 催化剂的比表面积测定结果
            3.4.2.3 Pd/Ce-Zr-M/Al_2O_3(M=Cr、Mn、Fe、Co和Ni)催化剂的甲烷燃烧活性
            3.4.2.4 Pd/Ce-Zr-Ni/Al_2O_3催化剂的TEM表征结果
            3.4.2.5 Pd/Ce-Zr-M/Al_2O_3催化剂的H_2-TPR结果
            3.4.2.6 Pd/Ce-Zr-M/Al_2O_3催化剂的O_2-TPO结果
            3.4.2.7 Pd/Ce-Zr-Ni/Al_2O_3催化剂的CH_4/O_2-TPSR结果
        3.4.3 小结
        参考文献
    3.5 添加稀土金属对Pd/Ce_(0.2)Zr_(0.8)/Al_2O_3催化剂上甲烷催化燃烧性能的影响
        3.5.1 实验部分
            3.5.1.1 原料与试剂
            3.5.1.2 Ce-Zr-M/Al_2O_3(M=La、Pr、Nd、Sm和Y)载体的制备
            3.5.1.3 催化剂的制备
            3.5.1.4 催化剂的表征
                3.5.1.4.1 样品的比表面测定
                3.5.1.4.2 X-射线衍射(XRD)分析
                3.5.1.4.3 TEM的测定
                3.5.1.4.4 XPS的测定
                3.5.1.4.5 程序升温还原(H_2-TPR)
                3.5.1.4.6 程序升温氧化(O_2-TPO)
                3.5.1.4.7 程序升温表面反应(CH_4/O_2-TPSR)
            3.5.1.5 催化剂的活性评价
        3.5.2 结果与讨论
            3.5.2.1 催化剂的XRD表征结果
            3.5.2.2 催化剂的比表面积测定结果
            3.5.2.3 催化剂的XPS分析结果
            3.5.2.4 Pd/Ce-Zr-M/Al_2O_3(M=La、Pr、Nd、Sm和Y)催化剂的甲烷燃烧活性
            3.5.2.5 Pd/Ce-Zr-Y/Al_2O_3催化剂的TEM表征结果
            3.5.2.6 Pd/Ce-Zr-M/Al_2O_3催化剂的H_2-TPR结果
            3.5.2.7 Pd/Ce-Zr-M/Al_2O_3催化剂的O_2-TPO结果
            3.5.2.8 Pd/Ce-Zr-Y/Al_2O_3催化剂的CH_4/O_2-TPSR结果
        3.5.3 小结
        参考文献
    3.6 本章总结
第四章 耐高温高比表面的Ce-Zr复合氧化铝材料在汽车尾气净化催化剂中催化作用性能的研究
    4.1 不同方法改性的氧化铝载体负载Pd催化剂的汽车尾气净化性能研究
        4.1.1 实验部分
            4.1.1.1 原料与试剂
            4.1.1.2 氧化铝载体的制备
            4.1.1.3 催化剂的制备
            4.1.1.4 催化剂的表征
                4.1.1.4.1 样品的比表面测定
                4.1.1.4.2 X-射线衍射(XRD)分析
                4.1.1.4.3 透射电镜(TEM)分析
                4.1.1.4.4 程序升温还原(H_2-TPR)
                4.1.1.4.5 程序升温脱附(O_2-TPD)
            4.1.1.5 催化剂的活性评价
        4.1.2 结果与讨论
            4.1.2.1 载体的比表面积测定结果
            4.1.2.2 催化剂的XRD分析结果
            4.1.2.3 催化剂的TEM表征结果
            4.1.2.4 催化剂的三效转化活性
            4.1.2.5 催化剂的H_2-TPR结果
            4.1.2.6 催化剂的O_2-TPD结果
        4.1.3 小结
        参考文献
    4.2 Pd/Ce_xZr_(1-x)-Al催化剂上汽车尾气净化性能的研究
        4.2.1 实验部分
            4.2.1.1 原料与试剂
            4.2.1.2 Ce_xZr_(1-x)-Al载体的制备
            4.2.1.3 催化剂的制备
            4.2.1.4 催化剂的表征
                4.2.1.4.1 样品的比表面测定
                4.2.1.4.2 X-射线衍射(XRD)分析
                4.2.1.4.4 程序升温还原(H_2-TPR)
                4.2.1.4.5 程序升温脱附(O_2-TPD)
            4.2.1.5 催化剂的活性评价
        4.2.2 结果与讨论
            4.2.2.1 载体的比表面积测定结果
            4.1.2.2 催化剂的XRD分析结果
            4.2.2.3 催化剂的三效转化活性
            4.2.2.4 催化剂的H_2-TPR结果
            4.2.2.5 催化剂的O_2-TPD结果
        4.2.3 小结
        参考文献
    4.3 本章总结
第五章 全文总结
读博期间论文发表和投稿情况
致谢


【参考文献】:
期刊论文
[1]纳米介孔氧化铝的制备工艺及性能[J]. 阮文彪,郭瑞松,吕振刚.  材料科学与工程学报. 2005(04)
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[3]水热处理对Ni/Al2O3催化剂结构和性能的影响[J]. 龚燕丽,向兰,金涌.  催化学报. 2003(12)
[4]超临界干燥方法对甲烷燃烧催化剂LaMnAl11O19结构及活性的影响[J]. 徐金光,田志坚,王军威,徐云鹏,徐竹生,林励吾.  催化学报. 2002(05)
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[9]超细镍基催化剂上CH4-CO2重整反应的性能Ⅰ.制备方法对催化剂结构和还原性能的影响[J]. 许峥,张鎏,张继炎,张军社.  催化学报. 2000(03)
[10]甲烷的催化燃烧 La,Ce和Y离子对高比表面MnO2的改性作用[J]. 王翔,马军,段连运,谢有畅.  催化学报. 1998(04)



本文编号:3700421

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