过渡金属掺杂铈基载体的性质及其负载铜催化剂的CO还原NO性能研究

摘要

本文主要研究了过渡金属阳离子掺杂铈基复合氧化物及其负载铜基催化剂的制备、结构表征、物化性质、催化性能和热稳定性对CO还原NO反应的影响，并且以上述探讨为基础，通过N2吸附-脱附(N2-physisorption)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(LRS)、紫外可见漫反射(UV-vis DRS)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原和脱附(H2-TPR和O2-TPD)、原位红外吸附(in situ DRIFTS)和NO+CO模型反应等表征手段重点探究了催化剂的催化性能与组成、结构和性质之间的关系。
　　对于一系列Ce20M1Ox(M=Zr, Cr, Mn，Fe，Co，Sn)复合氧化物，结果表明，将Mx+掺入到CeO2晶胞中增大了其比表面积和孔体积，变价金属阳离子的促进作用更加明显，这很大程度上增加了其催化性能。就这点而言，这些变价金属阳离子的掺杂导致Ce20M1Ox复合氧化物的氧空位、还原能力和化学吸附O2-物种增加，而这些在该反应中起到了重要作用。其中，Ce20Cr1Ox样品表现出了最佳的催化性能，这主要由于其具有最佳的还原能力和较多的化学吸附O2-物种，并且其重要原因也许与氧空位和它相邻的Ce3+和Cr3+之间良好的协同作用密切相关。
　　负载CuO后的Cu/Ce20M1Ox催化剂的催化性能与相应载体相比都得到大幅度增加。对于新鲜催化剂，与Cu/CeZr和Cu/CeO2样品相比，掺杂变价的Mx+更有利于增加样品的氧空位、表面不饱和金属阳离子的含量和还原能力，其中Cu/CeMn和Cu/CeSn样品表现出了较好的潜能;样品老化后，Cr6+、Mn4+和Co3+掺杂后的样品所体现出的上述物化性质较差，但是Zr4+、Fe3+和Sn4+的掺杂与其他掺杂的金属阳离子相比，体现了较好的热稳定性。无论是新鲜还是老化，Cu/CeSn样品均表现出了最佳的催化性能和热稳定性，这与其结构保留程度、氧空位、表面化学吸附氧含量、表面不饱和金属阳离子含量和还原能力息息相关。
　　最后，为了进一步理解CO和NO探针分子与催化剂表面的相互作用，结合对其物化性质的表征结果和原位红外技术，初步提出了CO还原NO反应在Ce20M1Ox复合氧化物和Cu/CeSn催化剂上的反应机理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 NOx和CO的来源及危害

1．3 NOx的消除方法

1．3．1 NO直接分解

1．3．2 H2，NH3还原NO

1．3．3 N2、NH3和CxHy的SCR消除NO

1．3．4 CO还原NO反应

1．4 CO还原NO反应机理

1．5 Ce02的结构性质及其在CO还原NO中的应用

1．6 铜基催化剂在CO还原NO中的研究

1．7 论文设计思路，研究内容和创新点

参考文献

第二章 不同金属阳离子掺杂对Ce20M1Ox(M=Zr,Cr,Mn，Fe，Co，Sn)复合氧化物在CO还原NO反应上的物化性质和催化性能的比较研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 催化剂制备

2．2．2 催化剂表征

2．2．3 催化剂活性评价

2．3 结果与讨论

2．3．1 质构表征(N2-physisorption)

2．3．2 结构表征(XRD，LRS和UV-vis DRS)

2．3．3 体相和表面组成(ICP-AES和XPS)

2．3．4 氧化还原行为和脱附研究(H2-TPR和O2-TPD)

2．3．5 催化活性

2．3．6 物化性质和催化性能之间可髓的关系以及不同变价金属阳离子之间的影响比较

2．3．7 CO和NO与部分催化剂作用的原位红外结果

2．3．8 CO还原NO可能的反应机理

2．4 小结

参考文献

第三章 不同金属阳离子掺杂对Cu／Ce20M1Ox(M=Zr,Cr,Mn,Fe,Co,Sn)催化剂的还原、吸附和CO还原NO性能的比较研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 催化剂制备

3．2．2 催化剂表征

3．2．3 催化剂活性评价

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化活性

3．3．2 质构表征(N2-physisorption)

3．3．3 结构表征(XRD，LRS和UV-vis DRS)

3．3．4 体相和表面组成(ICP-AES和XPS)

3．3．5 氧化还原行为和脱附研究(H2-TPR和O2-TPD)

3．3．6 金属阳离子掺杂和催化性能之间可能的关系以及不同变价金属阳离子之间的影响比较

3．3．7 CO和NO与部分催化剂作用的原位红外结果

3．3．8 CO还原NO可能的反应机理

3．4 小结

参考文献

第四章 总结与展望

致谢

攻读硕士学位期间的主要工作