制备方法对Pd-Cu/凹凸棒土催化剂CO低温催化氧化性能影响

摘要

CO低温催化氧化在过滤式自救器和消防自救呼吸器、CO气体传感器、机动车冷启动尾气控制、燃料电池、封闭内循环式CO2激光器、烟草降害以及密闭系统（如：潜艇、航天器等）内微量CO控制等方面具有广泛的应用，同时，在多相催化领域， CO低温催化氧化还被用做探针反应，揭示催化剂及载体织构、结构、形貌和表面性质等与催化性能的关系。因此，CO低温催化氧化具有重要的实用价值和广泛的理论研究意义。
　　负载型Wacker催化剂由于其组成中包含丰富的Cl-，并且H2O分子参与CO催化氧化循环反应过程，在水汽和卤化物存在的条件下，不仅表现出高的CO催化氧化性能，同时具有非贵金属氧化物催化剂和贵金属催化剂难以比拟的抗水性、抗卤化物中毒等优势，受到研究者的青睐。在过去几十年中，关于负载型Wacker催化剂的研究主要集中在载体的选择、助剂的添加、反应条件和反应机理研究等方面，并取得了重要进展。近年来，关于制备方法对负载型Wacker催化剂CO催化氧化性能影响的研究引起了科研工作者的兴趣。本课题组前期以天然凹凸棒土（APT）为载体，探讨了活性组分比例、助剂Cu(NO3)2的添加以及焙烧温度等对Pd-Cu/APT催化剂结构及其CO催化氧化性能的影响。
　　本文在课题组前期研究工作基础上，通过FT-IR、XRD、TEM、N2-physisorption和H2-TPR等表征手段，着重研究了浸渍法和氨蒸发法等两种不同方法对Pd-Cu/APT催化剂织构、结构、形貌、Cu物种存在形式、氧化还原性能及其CO催化氧化性能的影响规律，同时，进一步对不同氨初始浓度制备的Pd-Cu/APT催化剂进行系统表征，深入探讨了氨蒸发法制备过程中初始氨浓度对Pd-Cu/APT催化剂结构性能的影响。得到的主要结果和结论如下：
　　1.不同制备方法对Pd-Cu/APT催化剂结构及其CO低温催化氧化性能的影响
　　在反应原料气组成为0.5％CO，3.3%H2O，空速6000 h-1，反应温度为室温的反应条件下，氨蒸发法制备的Pd-Cu/APT上初始CO转化率即可达到100%，且至少在160 min内可维持CO完全转化。相同反应条件下浸渍法制备的Pd-Cu/APT催化剂上初始 CO转化率低于10%，明显低于氨蒸发法制备的催化剂。表征结果表明，浸渍法制备的催化剂上Cu物种以CuCl2·2H2O形式存在，而氨蒸发法制备的催化剂上Cu物种则主要是 Cu2(OH)3Cl物相，同时呈现出纳米片层结构，且与 Pd物种以及载体产生了较强的相互作用，较浸渍法制备的催化剂更易于还原。因此，氨蒸发法制备的催化剂较浸渍法制备的催化剂表现出更高的催化性能。
　　2.氨浓度对氨蒸发法制备Pd-Cu/APT催化剂CO催化氧化性能的影响
　　在常温25℃，CO体积分数1.5%，空速6000 h-1和原料气经3.3%水蒸气加湿的条件下，适宜氨浓度（添加10 ml氨水）制备的催化剂初活性最高，CO转化率高达70%，低氨浓度（5 ml氨水）和高氨浓度（15 ml氨水）制备的催化剂上CO转化率明显降低，前者约30%，后者仅有20%。催化剂表征结果表明，在较低或过高氨浓度条件下，制备的Pd-Cu/APT中Cu物种均主要以CuO为主；适宜的氨浓度有利于稳定 Cu2(OH)3Cl物相的形成，其薄片状的形貌特征，良好的分散状态，以及与 Pd物种间较强的相互作用，显著提高了CO催化氧化性能。

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第一章 文献综述与课题选择

1.1前言

1.2 CO低温氧化催化剂

1.3负载型Wacker催化剂

1.4 选题依据与研究内容

第二章 论文中使用的试剂、仪器及主要测试表征手段

2.1 催化剂制备所用的试剂及仪器

2.2 催化剂表征

2.3 实验装置

第三章 Pd-Cu/APT催化剂的制备及其CO低温催化氧化性能

3.1引言

3.2 催化剂制备

3.3催化活性评价结果

3.4 催化剂表征

3.5本章小结

第四章 氨浓度对氨蒸发法制备Pd-Cu/APT催化剂结构及其CO催化氧化性能的影响

4.1 引言

4.2催化剂制备

4.3 催化剂表征

4.4 催化活性评价结果

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1 引言

5.2 论文工作总结

5.3 论文的创新性

5.4 后续工作设想

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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