超细CeO2的形貌调控及其负载型Ag催化剂催化碳烟颗粒的燃烧性能

摘要

碳烟颗粒(PM)，是柴油机尾气排放的主要污染物，其中很大比例(＞95％)是粒径小于2.5μm的颗粒(PM2.5)，容易悬浮在空气中，从而被人或动物呼吸进入体内，导致肺癌、哮喘等疾病，严重危害人体健康。目前在柴油机设计中，常采取机内净化和尾气处理两种减排策略，但随着排放标准不断紧缩，单纯依靠机内净化不仅无法达标，且会限制机动车的动力性与经济性，因而发展后处理技术势在必行。
　　颗粒物捕集器(DPF)是采用尺寸效应对尾气颗粒物进行滤除的装置，是目前柴油内燃机中最有效的颗粒物去除手段。为防止碳颗粒在过滤器上过度积累而堵塞过滤器，进而影响柴油机性能，须采用完全氧化的方式将其在线消除。然而，由于碳烟颗粒的热分解温度超过600℃，而柴油机的排气温度为150～400℃，所以需要借助一种氧化活性高的催化剂降低碳烟颗粒的燃烧温度。
　　本论文包含两部分内容:首先是探索制备超细二氧化铈和铈基复合氧化物颗粒。通过优化水热沉淀条件（沉淀剂的类型、水热温度、表面活性剂等），制备出分散均匀的超细二氧化铈和铈基复合氧化物颗粒;其次是对负载型银催化剂的制备方法及其碳烟颗粒物氧化性能的研究。由于球状或类球状纳米粒子具有较大的比表面积和各向同性，在催化反应中具有较高的反应活性，因此本文选择第一部分制备的类球状二氧化铈和铈基复合氧化物粒子作为载体，通过浸渍法和柠檬酸溶胶凝胶法制备得到负载型Ag催化剂，并结合XRD、O2-TPD、CO-TPR、XPS等分析手段，考察了Ag/CeO2和Ag/Ce0.9M0.1O2系列催化剂的晶型和氧化还原特性与反应活性之间的关系，揭示了催化剂的作用机理及表面活性物种。
　　本文主要结果归纳如下:
　　1.利用水热法制备出类球状二氧化铈及铈基复合氧化物的条件是:碳酸铵与铈基硝酸盐溶液的摩尔比为3～6，水热温度在100～160℃，水热时间为12h。
　　2.载体为类球状形貌的氧化铈时，采用柠檬酸溶胶凝胶法引入银组分制备得到的负载型Ag催化剂的碳烟燃烧效果较好，比通过浸渍法制备的负载型Ag催化剂的碳烟起燃温度(T10)和最大失重温度(T50)低50℃和110℃。
　　3.负载型Ag催化剂在松散接触时具有较好的催化活性的主要原因是，催化剂表面形成了较多的具有良好表面迁移性的O2-和具有良好碳烟燃烧活性的O-离子。
　　4.以铈基复合型氧化物为载体制备得到的负载型Ag催化剂在很大程度上促进了表面O2-和O-的形成，因而具有比Ag/CeO2催化剂更好的催化活性，能将碳烟颗粒燃烧最大失重温度(T50)和终止燃烧温度(T90)降低到400℃和450℃左右。
　　综上所述，本文通过控制载体的形貌，采用柠檬酸溶胶凝胶法，制备得到的负载型Ag催化剂由于表面生成较多的具有良好表面迁移性的O2-和具有良好碳烟燃烧活性的O-离子，因此在一定程度上解决了碳烟颗粒与催化剂的传质问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 柴油机尾气净化技术

1．2．1 柴油机内净化控制技术

1．2．2 柴油机尾气后处理技术

1．3 碳烟颗粒催化燃烧的催化剂分类

1．3．1 贵金属催化剂

1．3．2 碱金属和碱土金属催化剂

1．3．3 过渡金属氧化物催化剂

1．3．4 复合金属氧化物催化剂

1．4 论文选题及研究内容

参考文献

第二章 实验部分

2．1 主要实验试剂

2．2 催化剂制备

2．2．1 CeO2的制备

2．2．2负载型Ag／CeO2催化剂的制备

2．3 催化剂活性评价

2．4 催化剂表征

2．4．1 XRD测试

2．4．2 扫描电镜(SEM)

2．4．3 热重分析(TGA)

2．4．4 O2程序升温脱附(O2-TPD)

2．4．5 CO程序升温还原(CO-TPR)

2．4．6 比表面积表征

2．4．7 XPS表征

第三章 超细氧化铈粉体的形貌控制

3．1 引言

3．2 实验过程

3．2．1 CeO2的制备

3．2．2 CeO2表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 尿素沉淀法制备CeO2

3．3．2 碳酸氢铵沉淀法制备CeO2

3．3．3 碳酸铵沉淀法制备CeO2

3．4 小结

参考文献

第四章 氧化铈负载Ag催化剂的碳烟颗粒催化燃烧性能

4．1 CeO2负载Ag催化剂的碳烟燃烧的性能评价

4．1．1 载体CeO2催化碳烟燃烧的性能

4．1．2 负载型Ag催化碳烟燃烧的性能

4．1．3 催化剂用量对碳烟燃烧的影响

4．1．4 程序升温速率对碳烟燃烧的影响

4．2 催化剂的表征

4．2．1 XRD

4．2．2 前体TG分析

4．2．3 O2-TPD

4．2．4 CO-TPR

4．2．5 XPS

4．2．6 碳烟燃烧机理

4．5 小结

参考文献

第五章 铈基复合氧化物负载Ag催化剂的碳烟颗粒催化燃烧性能

5．1 铈基复合氧化物负载Ag催化剂的碳烟燃烧性能评价

5．1．1 催化剂载体及其制备

5．1．2 铈基复合氧化物催化碳烟燃烧的性能

5．1．3 负载型Ag催化剂催化碳烟燃烧的性能

5．2 催化剂的表征

5．2．1 XRD

5．2．2 SEM和BET

5．2．3 O2-TPD

5．2．4 CO-TPR

5．2．5 XPS

5．3 小结

参考文献

第六章 结束语

附录

致谢