流化床与固定床中Ru基贵金属催化氧化碳颗粒的研究

摘要

随着能源短缺的加剧,节能要求的也越来越高,如何节约能源以及降低环境污染成为当前人们关注的重点。柴油机由于其高效性,经济性等优点,得到迅速发展。柴油机排放大量的碳烟颗粒对环境造成的污染严重限制了其自身的发展,本文针对碳烟颗粒如何高效地氧化去除展开了研究。柴油机排放的碳烟颗粒随烟气排出,类似于流态化状态,而目前常用的研究和探讨催化剂去除碳烟活性的反应体系则是连续流固定床体系,本文将流化床反应体系应用于研究碳烟颗粒的氧化去除。流化床体系广泛的应用于石油、化工等领域,在环境催化中也发挥着重要的作用。本文围绕流化床反应体系,采用程序升温氧化技术展开了一系列贵金属催化剂、双贵金属催化剂以及复合载体负载贵金属催化剂在碳颗粒氧化去除中的研究,考察了NO存在时该体系下碳烟颗粒的氧化情况,并与传统的固定床体系进行了分析和比较。同时,本文结合一系列的表征手段,对催化剂的结构和稳定性进行了考察。
　　首先,基于贵金属催化剂具有的特点,研究了富氧条件下固定床与流化床体系内贵金属催化剂氧化去除碳颗粒的活性,筛选出高效催化剂Ru/SiO2;固定床与流化床内催化剂活性的分析和比较中,得出流化床体系内碳烟颗粒可在较低的温度下有效的氧化去除;H2程序升温还原说明活性组分RuO2和部分还原的RuOx(x?2)高分散于催化剂表面,热重表征说明了Ru/SiO2在该条件下的使用不存在高温挥发性问题。
　　其次,基于单贵金属 Ru催化活性具有的优势,研究了一系列含 Ru的双贵金属催化剂,并对掺杂比例以及双贵金属组合进行了考察,得出最佳掺杂比例为1:1,Ru-Pd/SiO2具有较好的催化活性;与固定床相比,流化床体系内双贵金属催化剂具有更好的催化活性。
　　再次,由于单贵金属Ru催化活性具有的优势,研究了载体SiO2上负载普通金属氧化物,形成复合载体,于该复合载体上负载 Ru,得到复合载体负载贵金属的催化剂;复合载体催化活性与SiO2相近,但 Ru/MOx/SiO2(M=Al、Zr和Ti)具有较高的催化活性,其中以Ru/TiO2/SiO2催化活性尤为突出;与固定床相比,流化床体系内复合载体负载Ru的催化剂具有更好的催化活性;循环实验证实了该催化剂的高安全性和稳定性。
　　最后,结合实际情况,考察了贵金属催化剂上NO的催化反应情况,并对固定床与流化床内该条件下碳烟颗粒的氧化去除进行了研究,发现贵金属,双贵金属以及复合载体负载Ru等催化剂依然具有较高的催化活性;流化床体系内由于低温活性位处反应的加强,并占有主导地位,使得催化活性远高于固定床体系;机理分析表明流化床内NO的氧化产物NO2更利于碳颗粒的氧化去除。

目录

流化床与固定中Ru基贵金属催化氧化碳颗粒的研究

RESEARCH ON OXIDATION OF SOOT OVER RU-BASED NOBLE CATALYST IN FLUIDIZED AND FIXED BED REACTORS

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义1.1.1 引

1.2 国内外碳颗粒净化技术研究现状

1.3 流化床技术的研究及其在环境催化中的应用

1.4 本课题的主要研究内容

第2章 实验装置与方法

2.1 引言

2.2 化学试剂和实验原料

2.3 实验仪器与设备

2.4 催化剂的制备方法

2.5 催化剂的表征手段

2.6 催化剂活性评价系统及评价方法

第3章 单贵金属催化氧化碳颗粒

3.1 引言

3.2 流化床流量的理论计算及其对碳颗粒催化氧化的影响

3.3 单贵金属氧化碳颗粒的催化活性

3.4 贵金属催化剂结构表征与分析

3.5 固定床与流化床中单贵金属NO催化反应活性

3.6 NO存在时单贵金属氧化碳颗粒的催化活性

3.7 NO 存在时Ru/SiO2 催化氧化碳颗粒机理分析

3.8 本章小结

第4章 Ru基双贵金属催化氧化碳颗粒

4.1 引言

4.2 Ru基双贵金属氧化碳颗粒的催化活性

4.3 Ru基双贵金属催化剂结构表征与分析

4.4 固定床与流化床中Ru基双贵金属NO催化反应活性

4.5 NO 存在时Ru 基双贵金属氧化碳颗粒的催化活性

4.6 本章小结

第5章 复合载体负载Ru催化氧化碳颗粒

5.1 引言

5.2 固定床与流化床中复合载体负载Ru氧化碳颗粒的活性

5.3 复合载体负载Ru催化剂结构表征与分析

5.4 焙烧温度对Ru/TiO2/SiO2催化剂结构及催化活性的影响

5.5 富氧下Ru/TiO2/SiO2 催化氧化碳颗粒机理分析

5.6 固定床与流化床中复合载体负载Ru的NO催化反应活性

5.7 NO存在时复合载体负载Ru氧化碳颗粒的催化活性

5.8 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

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