Cu/ZSM-5及K改性Co/MgO催化剂催化分解N2O的研究

摘要

近年来，氧化亚氮(N2O)污染大气程度的逐年增高，逼迫研究者们给出有效的N2O消除方法以控制N2O的排放。由于将N2O的催化分解为N2和O2直接简单，因此催化N2O直接分解的高活性催化剂的研究倍受世界关注。
　　本论文研究了Cu/HZSM-5(SiO2/Al2O3=25)系列催化剂上N2O的分解情况，找出了Cu的最佳担载量(7 wt.％)。实验发现，在浸渍过程中加入适量氨水，能够显著提高该7％Cu/HZSM-5(SiO2/Al2O3=25)催化剂的活性。通过UV-vis和XRD等表征发现，氨水的加入增加了双氧双铜离子晶核[Cu2(μ-O)2]2+的数量。因此提出，双氧双铜离子晶核对N2O分解反应是高活性的。
　　本论文采用等体积浸渍法制各了不同担载量的Co/MgO催化剂，找出了Co的最佳担载量(13wt.％)。利用阿伦尼乌斯方程计算得到的催化剂的活性位和活化能，对催化剂的活性随Co/MgO催化剂中钴担载量的变化规律给出了很好的解释。
　　研究发现碱金属的掺杂能够显著提高Co/MgO催化剂的活性。不同碱金属掺杂的催化剂活性顺序为K＞Na＞Li。碱金属K的掺杂量最佳值为K/Co=0.02。不同钾前驱体掺杂制备得出的催化剂的活性顺序为KNO3＞K2CO3≈KOH≈CH3COOK≈K2C2O4≈K2SO4＞ KCl。
　　0.02K-13％Co/MgO前驱体经500℃锻烧后活性最好。此外，K和Co的前驱体浸渍顺序的不同也影响了催化剂0.02K-13％Co/MgO催化分解N2O的活性。
　　通过H2-TPR和FT-IR等表征手段探索了碱金属K促进作用的原因。K的掺杂增加了活性位Co2+的数量，降低了Co3+还原为Co2+的温度，从而有利于氧的脱附，提高了催化剂的活性。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述及论文设想

1．1 氧化亚氮的来源与危害

1．1．1 氧化亚氮的来源

1．1．2 氧化亚氮的危害

1．2 催化分解N2O的催化剂的研究进展

1．2．1 负载型贵金属催化剂

1．2．2 复合金属氧化物催化剂

1．2．3 分子筛催化剂

1．2．4 单组分氧化物催化剂

1．3 选题依据及论文设想

2 实验部分

2．1 原料试剂及仪器设备

2．1．1 原料试剂

2．1．2 仪器设备

2．2 催化剂的制备

2．2．1 Cu／ZSM-5系列分子筛催化剂的制备

2．2．2 Co／MgO系列催化剂的制备

2．3 催化剂表征

2．3．1 X射线粉末衍射(XRD)

2．3．2 氢气程序升温还原(H2-TPR)

2．3．3 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)—骨架谱的测定

2．3．4 紫外可见漫反射光谱(UV-vis)

2．4 活性测试

3 Cu／ZSM-5催化剂在催化分解N2O反应中的性能研究

3．1 分子筛种类对催化剂催化分解N2O活性的影响

3．2 活性组分对分子筛催化剂催化分解N2O活性的影响

3．2．1 Co的担载量对催化剂催化分解N2O活性的影响

3．2．2 活性组分的种类对催化剂催化分解N2O活性的影响

3．3 Cu／ZSM-5催化剂催化分解N2O反应的性能研究

3．3．1 Cu的担载量对Cu／ZSM-5催化剂活性的影响

3．3．2 x％Cu／ZSM-5催化剂的XRD谱图

3．4．3 x％Cu／ZSM-5催化剂的UV-vis谱图

3．3．4 氨水对7％Cu／ZSM-5催化剂催化活性的影响

3．3．5 7％Cu／ZSM-5(x ml 氨水)催化剂的XRD谱图

3．3．6 7％Cu／ZSM-5(x ml 氨水)催化剂的UV-vis谱图

3．4 小结

4 碱金属修饰的Co／MgO催化剂在催化N2O分解反应中的性能研究

4．1 Co／MgO催化剂的催化分解N2O反应性能研究

4．1．1 载体和活性组分种类对催化剂分解N2O活性的影响

4．1．2 x％Co／MgO催化剂催化分解N2O活性测试

4．1．3 x％Co／MgO催化剂的阿伦尼乌斯方程

4．2 碱金属掺杂对Co／MgO催化剂催化分解N2O活性的影响

4．2．1 碱金属种类的影响

4．2．2 碱金属K掺杂量的影响

4．2．3 (x)K-13％Co／MgO催化剂的XRD谱图

4．2．4 (x)K-13％Co／MgO催化剂的H2-TPR谱图

4．2．5 (x)K-Co3O4催化剂的FT-IR骨架谱图

4．2．6 K-Co／MgO催化剂催化分解N2O的反应机理

4．2．7 煅烧温度对催化剂活性的影响

4．2．8 浸渍顺序对催化剂活性的影响

4．2．9 碱金属K前驱体对催化剂活性的影响

4．3 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢