负载型莫来石氧化物用于汽车尾气催化的研究

摘要

汽车工业的蓬勃发展所带的尾气污染问题已经成为了当今社会注目的焦点。莫来石化合物具有优良的抗水热老化性与催化效率，具有良好的发展前景。由于合成方法的限制，制备的莫来石表面形貌多呈现为团聚球状，表面孔径小，不利于传质作用和负载活性物质的分散。因此，本文采用有机溶剂燃烧法制备了大孔SmMn2O5莫来石型催化剂，并以此为载体设计了负载型催化剂，进行了相应的高温煅烧和水热老化处理。本文采用CO、C3H8氧化以及CH4氧化分别模拟汽油车和天然气汽车尾气环境来评估催化剂活性，并对催化剂进行物理化学表征。主要研究结论如下： （1）在所有贵金属复合催化剂中，大孔Pd/SmMn2O5催化剂具有最好的催化性能和抗水热性，能够在400oC以下实现CO和C3H8完全转化。研究表明，钯在大孔载体上能够实现高分散度，曝露更多的活性位点，促进了反应物的化学吸附。因此，在相同的本征活性(TOF)下达到了大孔Pd/SmMn2O5催化剂更高的宏观反应速率(r)和催化性能。 （2）莫来石与Pd组分之间存在很强的协同作用。氢溢流效应促进了吸附氧的还原，氧溢流效应则促进了低温活性氧的传递，促进了CO氧化的进行。另外，催化剂的氧储量与流动性也有了显著的提高，这对于高温下C3H8分子的活化是十分有利的。 （3）相对于过量浸渍法，使用等体积浸渍法制备的样品能够表现出更高的分散度和更高的催化性能。在空气气氛下进行水热处理后，莫来石催化剂的晶体结构和元素价态均不会发生变化，但是Pd的颗粒则从5nm生长到了20nm，分散度从38.4%降低到了19.3%。而在N2气氛下进行处理时，高价Pd的氧化物会在900oC发生分解生成金属态Pd，同时催化性能的衰减相比之下更加严重。 （4）针对当下天然气汽车排放CH4难氧化的特点，本文还研制了Mn负载型的大孔莫来石化合物，目前该工作也正处于研究中，并取得了一定的进展。

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摘 要

Abstract

1绪论

1.1课题研究背景

1.2负载型催化剂的研究进展

1.4 本论文的课题来源和研究内容

2Pd/SmMn2O5密偶催化剂的制备及测试方法

2.1 催化剂的制备

2.1.1 实验仪器与化学药品

2.1.2 不同SmMn2O5载体的制备方法

2.1.3 Pd/SmMn2O5的制备

2.1.4 老化样品的制备

2.2.1 X射线晶体衍射(XRD)

2.2.2 拉曼光谱测试(Raman)

2.2.3 比表面积分析(BET)

2.2.4 电感耦合等离子体光谱仪（ICP）

2.2.5 扫描电子显微镜（SEM）

2.2.6 透射电子显微镜（TEM）

2.2.7 X射线光电子能谱仪（XPS）

2.2.8 CO化学吸附（CO-chemisorption）

2.2.9 程序升温还原反应(TPR)

2.2.10 程序升温脱附反应(TPD)

2.2.11 程序升温氧化反应(TPO)

2.2.12 氧存储释放能力测试（OSC）

2.3 催化剂反应活性评价

2.3.1 CO和C3H8氧化催化测试

2.3.2 CO和C3H8氧化动力学测试

2.4 本章小结

3 Pd/SmMn2O5密偶催化剂的活性评价

3.1引言

4 Pd/SmMn2O5密偶催化剂的化学特性

5 MnOx/SmMn2O5样品的甲烷氧化性能研究

5.1 前言

5.2 实验部分

5.2.1 催化剂的制备方法

5.2.2 活性测试

5.3 反应活性评估

5.4 物理结构分析

5.5 还原性评估

5.6 本章小结

6 总结和展望

致 谢

参考文献

附录