铈锆铝复合氧化物及其三效催化性能研究

摘要

众所周知，汽油车尾气是造成环境污染的主要来源之一。三效催化转化可以去除机动车尾气中的NOx，CO和碳氢化合物(HC)，而成为一种有效的方法。但汽车尾气净化过程中所用的储氧材料---铺锆固溶体在高温下比表面积迅速降低导致其催化活性大大减弱，铈锆固溶体中掺杂氧化铝提高热稳定性是因为氧化铝起到扩散壁垒的作用。因此，本文通过共沉淀法制备了一系列铈锆铝复合氧化物，以提高铈锆固溶体高温下的催化性能。高温还原处理样品后伴随着中温氧化处理(ro)可以显著提高铈锆基复合氧化物的低温氧化还原能力，我们对合成的铈锆固溶体和铈锆铝复合氧化物先进行高温还原处理，然后再进行中温氧化处理，并用化学还原方法在合成的铈锆固溶体和铈锆铝复合氧化物上负载Pd质量分数为1％。
　　本论文利用粉末X射线衍射(XRD)，N2吸脱附，X射线吸收精细结构(XAFS)，动态储氧性能测定(DOSC)，静态储氧性能测试(TOSC)，程序升温还原(H2-TPR)等实验手段，系统研究了高温还原-中温氧化对载体及其负载Pd催化剂的织构-结构，氧化还原性能，储放氧性能，热稳定性和催化剂三效催化性能的影响和规律。得出的主要结论如下:
　　在高温空气处理下，铈锆固溶体新鲜样品和老化样品主要有t-Ce0.5Zr0.5O2相组成，而铈锆铝复合氧化物的新鲜样品和老化样品主要两相组成:少量的γ-Al2O3相或者δ-Al2O3和主要的t-Ce0.5Zr0.5O2相。然而，在还原高温处理条件下，产生一个完全不同的烧绿石相。k-CeZrO4相的出现是将烧绿石相氧化，k-CeZrO4相不仅可以在铈锆固溶体中出现，也在铈锆铝复合氧化物中出现。在铈锆固溶体掺杂氧化铝可以显著提高高温热稳定性，铈锆固溶体和铈锆铝复合氧化物拥有良好的低温氧化还原性能和高的动态储氧量和总储氧量归因于颗粒表面富集Ce3+，这通过XANFS表征可以看到，表面富集的Ce3+是通过高温还原-中温氧化处理获得的。
　　Pd/50CZA-ro比Pd/50CZA-f和Pd/50CZA-a拥有更高的动态和静态储氧量;Pd/50CZA-ro催化剂相对于Pd/50CZA-f和Pd/50CZA-a呈现出良好的三效催化性能和操作窗口。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 汽车尾气的特点和危害

1．2 汽车尾气的治理技术及法规

1．3 汽车尾气三效催化剂的研究进展

1．4 铈锆基复合氧化物的技术进展

1．4．1 铈锆基复合氧化物合成方法

1．4．2 传统后处理工艺

1．4．3 高温还原-中温氧化后处理技术

1．5 本论文的研究内容、意义及创新点

第二章 实验部分

2．1 化学试剂、实验气体及实验仪器装置

2．1．1 化学试剂

2．1．2 实验气体

2．1．3 实验仪器装置

2．2 七路自动化瞬时反应催化平台搭建

2．3 催化剂表征手段

2．3．1 X-射线粉末衍射(XRD)

2．3．2 比表面积及孔径分布

2．3．3 氢气程序升温还原(H2-TPR)

2．3．4 XAFS表征

2．3．5 Pd含量测试

2．3．6 DOSC和TOSC测试

2．3．7 贵金属表面分散度的测定

2．3．8 催化剂的活性评价方法

2．4 本章小结

第三章 铈锆基复合氧化物的制备及表征

3．1 铈锆基复合氧化物样品的制备

3．2 物相表征：XRD分析

3．3 织构表征：比表面积及孔径分布

3．4 氧化还原性能测试：H2-TPR分析

3．5 XAFS表征

3．6 储氧量测试：DOSC和TOSC

3．6．1 DOSC测试

3．6．2 TOSC测试

3．7 本章小结

第四章 Pd负载铈锆铝复合氧化物催化剂的制备、表征及三效活性测试

4．1 Pd负载铈锆铝复合氧化物三效催化剂的制备

4．2 物相表征：XRD

4．3 氧化还原性：H2-TPR分析

4．4 Pd含量测试

4．5 Pd分散度测试

4．6 DOSC和TOSC测试

4．6．1 DOSC测试

4．6．2 TOSC测试

4．7 Pd负载多元铈锆基复合氧化物三效催化剂的性能评价

4．7．1 起燃温度评价

4．7．2 空燃比窗口评价

4．8 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 对后续工作的展望

参考文献

致谢

附录