汽车尾气净化催化剂的研究

摘要

随着汽车工业的发展,汽车尾气的排放特别是有害物质NOx, CO, CTH和PM的排放已成为社会关注的焦点问题。虽然国际上汽车尾气净化技术已趋成熟,但其核心技术的催化剂却被发达国家所垄断。在我国目前汽车尾气净化技术的催化剂主要依耐进口。因此发展我国的汽车尾气净化催化剂,对催化剂的组成、结构和性能进行研究,对发展我国的汽车工业十分重要。本论文通过柠檬酸溶胶法制备出了汽油机三效催化剂中的储氧材料及柴油机中PM净化催化剂,设计并建立了催化剂的评价系统,并对催化剂制备条件、元素掺杂对其性能的影响以及催化剂评价系统的可靠性进行了研究。主要工作内容包括:
　　1.用K对钙钛矿A位掺杂改性制得的钙钛矿型催化剂活性较好,其中La0.8K0.2CoO3型钙钛矿催化剂活性最好,造成其催化活性好的原因有两个方面:
　　(1)K掺杂可以改变钙钛矿的结构,增多钙钛矿中的氧空穴;
　　(2)K+的化合价比La3+要低,导致部分Co3+变为Co4+,而Co4+氧化性比Co3+氧化性强。
　　2.B位掺杂改性也可以提高钙钛矿的催化活性,同时B位掺杂也可以使A位的掺杂极限增大。可能原因是Fe2+和Pd2+离子半径均比Co3+大,K的掺量增大也可以维持钙钛矿结构的稳定,从而在钙钛矿中形成更多的氧空穴,从而提高催化的催化活性。
　　3.La0.8K0.2CoO3钙钛矿型催化剂最佳煅烧温度为800℃,最佳煅烧时间为4h。
　　4.在CeO2储氧材料中加入Zr为O2可以提高储氧材料的储氧性能和耐高温性能。主要原因可能为:Zr4+离子进入到CeO2相中,阻止CeO2晶体聚集,从而提高储氧材料的比表面,同时Zr4+造成CeO2中晶体缺陷,增加了氧在晶体内部的迁移能力,从而提高储氧性能。
　　5.铈锆固溶体中掺入Al2O3可以提高其储氧性能,且在Al2O3含量为60％时储氧性能最佳。主要原因可能为:Al2O3进入到固溶体中,高温条件下Al2O3阻止CeO2-ZrO2微晶聚集,提高储氧材料的比表面积,从而提高其储氧性能。
　　6. Pd/CeO2-ZrO2-Al2O3三效催化剂催化活性随Al2O3增加后减小,且在Al2O3含量为60％时催化活性最佳。
　　7.设计并搭建了一套催化剂评价系统,对可靠性进行评价。该系统完全可以满足用于检测三效催化剂活性和储氧性能,同时也可以用于检测柴油机催化剂。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 中国汽车工业的发展及其对城市大气环境影响

1.2 国内外汽车尾气治理及相关法规比较

1.3 国际汽车尾气催化净化技术现状分析

1.3.1 柴油机尾气催化净化技术

1.3.2 汽油机三效催化净化技术

1.4 汽车催化剂研究进展

1.4.1 钙钛矿结构及钙钛矿型催化剂研究进展

1.4.2 三效催化剂中CeO_2-ZrO_2固溶体结构及其研究进展

1.5 本论文的任务

第2章 Co基钙钛矿催化剂的制备及其性能研究

2.1 Co基钙钛矿型催化剂的指导思想及其制备

2.1.1 实验所需试剂及仪器

2.1.2 Co基钙钛矿催化剂制备方法

2.2 Co基钙钛矿型催化剂结构表征

2.3 Co基钛矿催化剂的活性评价

2.4 结果与讨论

2.4.1 A位或B位掺杂对催化剂活性影响

2.4.2 A、B位同时掺杂对催化剂活性影响

2.4.3 煅烧温度对催化剂结构及性能的影响

2.4.4 煅烧时间对催化剂活性影响

2.5 本章小结

第3章 CeO_2-ZrO_2固溶体的制备及其储氧性能研究

3.1 CeO_2-ZrO_2固溶体的指导思想其制备

3.1.1 实验所需试剂及所需仪器

3.1.2 铈锆固溶体的制备方法

3.1.3 Pd/CZA催化剂的制备

3.2 CeO_2-ZrO_2固溶体结构表征

3.3 铈锆固溶体储氧性能及催化剂催化活性评价

3.4 结果与讨论

3.4.1 铈/锆比对CeO_2-ZrO_2固溶体结构及性能影响

3.4.2 氧化铝掺杂改性对CeO_2-ZrO_2固溶体结构及性能影响

3.4.3 Pd/CZA三效催化剂的性能评价

3.5 本章小结

第4章 催化剂评价系统设计与搭建

4.1 系统的设计思想

4.1.1 配气系统

4.1.2 反应系统

4.1.3 检测系统

4.2 系统搭建

4.2.1 检测器标定

4.2.2 气密性试验

4.3 系统可靠性评价

4.4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢