A、B位部分取代La2CuO4催化同步脱除NOx和碳烟性能

摘要

随着柴油机的广泛应用，尾气排放所带来的污染已成为全球性问题，使得尾气处理问题变得十分紧迫，因此对柴油机尾气净化技术的研究具有重要意义。柴油机尾气中最主要的污染物氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)正是酸雨、光化学烟雾和雾霾的元凶，由于两者存在此消彼长效应，机内净化技术无法满足排放要求，需采用后处理技术。能够同步脱除NOx和碳烟的催化处理技术无疑是最引人注目的。而这其中钙钛矿类催化剂因其独特的结构，引起了研究者的广泛关注。本文通过柠檬酸溶胶-凝胶法合成系列钙钛矿类催化剂，采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征手段以及活性评价对催化剂同步脱除NOx和碳烟性能进行研究。 合成LaMnO3、La2NiO4、La2CuO4催化剂，研究对比钙钛矿与类钙钛矿型催化剂的结构以及不同B位元素对催化剂性能的影响。La2CuO4催化剂具有比LaMnO3和La2NiO4催化剂更高的NOx转化率和更强的氧化能力。故选取La2CuO4催化剂作进一步研究。 选取Ba2+部分取代A位的La3+，制备La2-xBaxCuO4系列催化剂，考察不同含量的Ba2+取代对催化剂性能的影响。研究发现Ba2+成功掺杂进入类钙钛矿晶格结构中并导致晶体结构从斜方晶系(Bmab)转变为四方晶系(F4/mmm)，还导致La2-xBaxCuO4催化剂中产生大量氧空位和Cu3+，催化剂活性显著提高，其中La1.8Ba0.2CuO4催化剂表现出最好的同步脱除效率，碳烟起始燃烧温度Ti为361℃，最大燃烧温度Tm为511℃，NO转化率达到81.4％。 选择Co元素作为B位取代元素，合成La2Cu1-yCoyO4系列催化剂，研究不同Co取代量对催化剂性能的影响。研究发现伴随Co2+的引入，催化剂体系内产生大量间隙氧，氧移动性增强，催化剂活性增加，La2Cu0.8Co0.2O4催化剂具有最好的同步脱除效率，碳烟起始燃烧温度Ti为385℃，最大燃烧温度Tm为621℃，NO转化率97.9％。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1前言

1．2柴油机尾气污染物的形成和危害

1．2．1氮氧化物的形成与危害

1．2．2颗粒物的形成与危害

1．3柴油机尾气机外净化技术

1．3．1氮氧化物机外净化技术

1．3．2颗粒物机外净化技术

1．3．3氮氧化物与颗粒物同时去除技术

1．4钙钛矿及类钙钛矿型催化剂

1．4．1 A位掺杂改性的研究

1．4．2 B位掺杂改性的研究

1．4．3 A和B位同时掺杂改性的研究

1．5钙钛矿及类钙钛矿型催化剂制备方法

1．5．1共沉淀法

1．5．2等体积浸渍法

1．5．3反应性研磨法

1．6课题研究目标及内容

第2章实验部分

2．1实验药品与仪器设备

2．1．1实验药品

2．1．2实验仪器设备

2．2催化剂制备

2．3催化剂结构表征

2．3．1物相分析

2．3．2化学键结构分析

2．3．3比表面积分析

2．3．4表面形貌分析

2．3．5表面元素价态分析

2．4催化剂反应性能表征

2．4．1氧化还原能力分析

2．4．2 O2程序升温脱附

2．4．3 MS-NO程序升温脱附

2．4．4碳烟程序升温还原

2．5催化剂活性评价

2．5．1催化剂活性评价方法

2．5．2催化剂活性评价指标

2．6本章小结

第3章钙钛矿与类钙钛矿催化剂性能对比

3．1引言

3．2结构表征结果与分析

3．2．1物相分析

3．2．2化学键结构分析

3．2．3 BET比表面积分析

3．2．4表面形貌分析

3．2．5表面元素价态分析

3．3反应性能表征结果与分析

3．3．1氧化还原能力分析

3．3．2 O2脱附性能分析

3．3．3 NO脱附性能分析

3．3．4碳烟还原性能分析

3．3．5活性分析

3．4本章小结

第4章钡元素A位取代对催化剂性能影响

4．1引言

4．2结构表征结果与分析

4．2．1物相分析

4．2．2化学键结构分析

4．2．3 BET比表面积分析

4．2．4表面形貌分析

4．2．5表面元素价态分析

4．3反应性能结果与分析

4．3．1氧化还原能力分析

4．3．2 O2脱附性能分析

4．3．3 NO脱附性能分析

4．3．4碳烟还原性能分析

4．3．5活性分析

4．4本章小结

第5章钴元素B位取代对催化剂性能影响

5．1引言

5．2结构表征结果与分析

5．2．1物相分析

5．2．2化学键结构分析

5．2．3 BET比表面积分析

5．2．4表面形貌分析

5．2．5表面元素价态分析

5．3反应性能结果与分析

5．3．1氧化还原能力分析

5．3．2 O2脱附性能分析

5．3．3 NO脱附性能分析

5．3．4碳烟还原性能分析

5．3．5活性分析

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢