NSR催化剂对柴油机NOx排放吸附过程的影响分析

摘要

NOx存储还原（NOx Storage and Reduction，NSR）技术具有无需额外添加还原剂、脱除效率高等优点，被认为是解决柴油机NOx排放有效方案之一。而NSR的技术关键在于高活性的催化剂材料。研究发现，Mn元素在催化剂中呈现多种价态，有利于提高催化剂的NO氧化能力，从而有望促进NSR催化剂的NOx存储性能。 本文以Mn为活性助剂，采用溶胶凝胶法结合浸渍法制备了不同Mn负载量的复合型NSR催化剂，并利用X射线衍射测试（X-ray Diffraction，XRD）、比表面积测试（Brunauer-Emmett-Teller，BET）和扫描电子显微镜测试（Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectrometer，SEM/EDS）等表征方式对催化剂的理化性能进行表征；通过原位红外漫反射（In-suit DRIFTs）和程序升温脱附（NOx-TPD）试验评价了催化剂的存储还原反应活性。然后，基于模拟气试验平台，研究了不同的温度、Mn负载量、O2浓度和NO浓度对催化剂存储性能的影响；同时在排气组分中添加H2O，对催化剂的抗 H2O性能进行了深入探讨；最后，利用周期性存储还原试验，研究了不同存储时间对催化剂存储性能的影响差异。主要工作内容和结论如下： （1）制备了一系列不同 Mn 负载的 NSR 催化剂，并利用 XRD、BET 和SEM/EDS表征方式对其进行表征。结果表明：不同Mn负载量的NSR催化剂整体结晶状况良好，Ba主要以BaCO3形式存在；Mn元素以Mn3+和Mn4+形式共存；Ce主要以无定型结构存在。Mn负载后催化剂比表面积出现一定下降。各组分分散较为均匀；随着Mn负载量增加，催化剂表面出现了大量疏松的孔状结构，这有利于活性组分与发动机排气成分的接触，从而提高催化剂表面反应活性。 （2）In-suit DRIFTs试验结果表明：Mn负载对催化剂存储路径有一定影响，在温度升高后促进“亚硝酸盐”路径向“硝酸盐”路径转化。NOx-TPD 试验结果表明，与NO2相比，吸附的NO热稳定性较高。NO和NO2对应的脱附峰温度分别为450℃和380℃。 （3）模拟气试验结果表明：350℃时催化剂的存储效率最高，达到83.70%， NOx存储量为 695.45 μmol/gcat。催化剂的 NOx存储量由大到小依次为 8Mn >10Mn>6Mn>4Mn>2Mn>0Mn。在O2存在下，催化剂才有较好的NO氧化能力，促进催化剂的存储反应以“硝酸盐”路径和“亚硝酸盐”路径进行，达到快速吸附存储。催化剂的NOx存储效率和NOx存储量与NO浓度呈负相关。稀燃/富燃时间对催化剂的 NOx存储性能有较大影响，在 60s-60s 方式下，催化剂的NOx存储效率为 87.14%，具有最佳的存储能力。H2O 存在情况下，抑制了 NO氧化成NO2，导致催化剂NOx存储效率小幅下降。

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摘 要

Abstract

目 录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 汽车尾气排放法规与防治

1.3 NOx后处理技术

1.3.1 NO直接分解技术

1.3.3 选择性催化剂还原技术

1.3.3 NOx存储还原技术

1.4 NSR催化剂研究现状

1.4.1 NSR催化剂的存储过程

1.4.2 NSR催化剂的还原过程

1.4.3 催化剂的组成及影响

1.4.4 反应条件对催化剂性能的影响

1.5 研究内容及意义

第二章 NSR催化剂制备及性能评价

2.1 试验所用试剂与仪器设备

2.2 模拟气试验平台

2.3 催化剂的制备

2.4 催化剂表征方法

2.4.1 XRD

2.4.2 BET

2.4.3 SEM/EDS

2.5 NSR催化剂NOx存储还原性能试验

2.5.1 NOx程序升温脱附（NOx-TPD）

2.5.2 In-suit DRIFTs

2.5.3 NOx恒温存储性能试验

2.5.4 NOx完全存储还原性能试验

2.5.5 周期性NOx存储还原试验

2.6 本章小结

第三章 NSR催化剂表征和催化活性分析

3.1 表征结果分析

3.1.1 XRD分析

3.1.2 BET分析

3.1.3 SEM/EDS分析

3.2 催化活性分析

3.2.1 In-suit DRIFTs分析

3.2.2 NOx-TPD分析

3.3 本章小结

第四章 NSR催化剂NOx存储还原性能分析

4.1 温度对催化剂NOx存储性能的影响

4.2 NOx存储性能影响试验

4.2.1 Mn负载量对催化剂NOx存储性能的影响

4.2.2 O2浓度对催化剂NOx存储性能的影响

4.2.3 NO浓度对催化剂NOx存储性能的影响

4.2.4 H2O对催化剂NOx存储和脱除性能的影响

4.3 存储时间对催化剂NOx存储还原性能的影响

4.4 本章小结

第五章 全文总结与工作展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致 谢