负载型NiB2O4/CeO2(B=Co、Mn、Al)甲烷燃烧催化剂的制备与催化性能研究

摘要

本研究采用溶胶-凝胶法和溶胶凝胶-浸渍法经过700℃焙烧后制备了纯相尖晶石型催化剂NiCo2O4、NiMn2O4、NiAl2O4和负载型尖晶石催化剂NiCo2O4/CeO2、NiMn2O4/CeO2、NiAl2O4/CeO2，分别研究其在甲烷催化燃烧反应中的催化性能，同时对所制备的催化剂进行了XRD、BET、FI-IR、XPS、TPR、Raman等测试和表征。结果发现，三种纯相尖晶石型催化剂NiCo2O4、NiMn2O4、NiAl2O4中以NiMn2O4尖晶石型催化剂的催化活性(T10=397.0℃，T50=529.5℃，T90=730.5℃)表现最为优良，NiAl2O4尖晶石型催化剂的甲烷催化燃烧催化活性次之(T10=476.2℃，T50=562.5℃，T90=625.8℃)，NiCo2O4尖晶石型催化剂的甲烷催化燃烧催化活性最差(T10=629.8℃，T50=702.3℃，T90＞750℃)。三种纯相尖晶石型催化剂以40％（质量百分数）的负载量负载于CeO2后形成的催化剂40％NiCo2O4/CeO2、40％NiMn2O4/CeO2、40％NiAl2O4/CeO2，其催化甲烷燃烧的活性均比对应的负载前的纯相尖晶石型催化剂明显提高，其中负载型NiMn2O4/CeO2催化剂的甲烷燃烧催化性能最为优良，其T10=301.5℃，T50=390.1℃,T90=470.7℃;此外，40％ NiCo2O4/CeO2∶ T10=315.6℃,T50=406.5℃，T90=492.3℃,40％NiAl2O4/CeO2∶T10=417.2℃,T50=493.2℃,T90=577.8℃。表征结果显示，40％NiMn2O4/CeO2催化剂由于具有适合的孔结构、较大的比表面积、相对含量较高的晶格氧，和NiMn2O4稳定的尖晶石相以及多价态的过渡金属元素锰在氧化反应中活跃的性质导致了它在甲烷催化燃烧反应中优良的性能。对于40％ NiMn2O4/CeO2的负载型催化剂，进行了四次循环催化活性测试，并对反应前后的样品进行结构和性能表征。结果发现，催化剂的结构保持不变，各元素的存在形式没有发生变化，说明此催化剂稳定性良好，具有一定的工业应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 甲烷燃烧催化剂的研究现状

1．2．1 贵金属催化剂

1．2．2 简单过渡金属氧化物

1．2．3 钙钛矿型氧化物催化剂(perovskite oxides)

1．2．4 六铝酸盐(Hexaaluminate，缩写为HA)

1．2．5 尖晶石型催化齐ll(spinel)

1．3 选题依据

第二章 实验部分

2．1 试剂及仪器

2．2 催化剂的制备

2．2．2 溶胶凝胶-浸渍法制备负载型镍系尖晶石催化剂

2．3 催化剂的活性测试

2．4 催化剂的性质表征

2．4．5 X-光电子能谱测定(XPS)

2．4．6 Raman光谱分析

第三章 纯相尖晶石NiB2O4(B=Co、Mn、Al)型催化剂的制备及其催化甲烷燃烧的性能比较与分析

引言

3．3．1 催化剂的XRD分析

3．3．2 催化剂的甲烷燃烧活性测试

3．3．3 催化剂的红外分析(FT-IR)

3．3．4 催化剂的比表面及孔结构分析

3．3．5 催化剂的H2-TPR分析

3．4 本章小结

第四章 NiMn2O4负载于三种载体(CeO2、ZrO2、TiO2)的尖晶石型催化剂的研究

引言

4．3．1 催化剂的XRD分析

4．3．2 催化剂的活性测试

4．3．3 催化剂的比表面和孔结构(BET)分析

4．3．4 催化剂的红外光谱(FT-IR)分析

4．3．5 催化剂的X光电子能谱(XPS)分析

4．3．6 催化剂的H2-TPR分析

4．3．7 催化剂的Rman光谱分析

4．4 活性测试前后40％NiMn2O4／CeO2的性能分析

4．4．3 反应前后40％NiMn2O4／CeO2催化剂的XPS图谱

4．4．4 Raman光谱分析

4．5 本章小结

第五章 负载于CeO2的三种尖晶石型催化剂(NiCo2O4／CeO2、NiMn2O4／CeO2、NiAl2O4／CeO2)的性能测试及表征

引言

5．1 负载型尖晶石催化剂的制备

5．2 负载型尖晶石催化剂的活性测试和表征

5．3．1 催化剂的XRD分析

5．3．2 催化剂的甲烷燃烧活性测试

5．3．3 负载型催化剂的比表面和孔结构分析(BET)

5．3．4 催化剂的红外(FT-IR)分析

5．3．5 催化剂的X光电子能谱(XPS)分析

5．3．6 催化剂氢气程序升温还原(H2-TPR)分析

5．3．7 催化剂的Raman光谱分析

5．3．8 催化机理研究

5．4 1100℃焙烧后NiMn2O4／CeO2系列催化剂用于甲烷催化燃烧的研究

5．4．1 负载型镍锰尖晶石型催化剂的制备

5．4．2 负载型镍锰尖晶石型催化剂的活性测试和表征

5．4．3 结果与讨论

5．5 本章小结

参考文献

致谢