焙烧处理对Pd-Cu/凹凸棒土催化剂CO常温催化氧化性能影响

摘要

CO低(常)温催化氧化涉及工业、航天、军事、环保以及人类生活的各个方面,包括民用、军用CO防毒面具,机动车冷启动尾气治理以及潜艇、航天器等密闭系统内CO消除等。在理论研究方面,CO低(常)温催化氧化常常被用作探针反应,揭示催化剂及载体表面性质、活性组分晶粒尺寸、形貌、晶面暴露、晶相组成等与催化性能的关系。因此CO低(常)温催化氧化具有重要的实用价值与广泛的理论研究意义。一直以来,CO低(常)温催化氧化是催化领域研究的热点。
　　负载型Wacker催化剂由于组成富含Cl-离子,同时水汽分子参与其催化的反应过程,在常温原料气中含水汽和有机卤化物的条件下,不仅表现出高的CO催化氧化活性,而且具有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。目前研究的以活性炭或氧化铝为载体的负载型Wacker催化剂,受制备方法、反应条件等影响,存在Cu物种活性相高温处理易分解,催化反应过程中聚集或相转变等稳定差的问题。大量文献研究表明载体及预处理条件对活性相的形成、结构及稳定性具有重要影响。本课题组前期以天然凹凸棒土(APT)为载体,初步探讨了Pd-Cu/APT催化剂的制备及其催化性能。
　　本文在课题组前期研究工作基础上,通过FT-IR、XRD、TEM、N2-physisorption、TG-DTA、H2-TPR和H2-TPR-MS等表征手段,着重研究了焙烧处理对Pd-Cu/APT催化剂物化性质、Cu物种物相结构及其CO常温催化氧化性能的影响规律,同时通过对失活前后催化剂结构性质进行表征,探讨了Pd-Cu/APT催化剂失活原因,针对失活原因,进行了焙烧再生处理,考察了再生温度、再生时间、再生气氛等不同再生条件对催化剂上CO常温催化氧化性能的影响,最后考察了Pd-Cu/APT催化剂的储存稳定性。得到的主要结果和结论如下:
　　1.焙烧温度对Pd-Cu/APT催化剂结构及其CO常温催化氧化性能的影响研究
　　焙烧温度对催化剂载体结构和Cu物种活性相有较大影响,随焙烧温度升高,载体凹凸棒土不同形态羟基逐步脱除,进而引起催化剂结构和织构变化,其中Cu物种由Cu(OH)Cl逐渐向CuO转变,同时高分散的Pd物种与Cu物种间相互作用先增强后减弱。经300℃焙烧的催化剂比表面积高,Cu物种以Cu(OH)Cl形式存在,且具有良好的分散状态,与Pd物种之间产生较强的相互作用。在空速6000 h-1,CO体积分数0.5％,水蒸气体积分数3.3%的反应条件下,常温可将CO完全转化800 min以上。焙烧温度高于或低于300℃均引起CO常温催化氧化性能的下降。
　　2. Pd-Cu/APT催化剂失活原因及再生工艺条件考察
　　对失活后催化剂进行结构性能表征,结果表明,在长时间催化 CO常温氧化反应过程中,一方面由于原料气中水汽在催化剂上吸附,与载体发生相互作用,使载体结晶度提高,致使催化剂比表面积略有降低,引起Cu物种活性相轻微聚集,还原性能下降;另一方面,长时间反应过程中,H2O在载体表面不断累积并凝结,覆盖活性中心,从而造成催化剂活性下降。再生条件考察结果显示,在不通任何气氛条件下,原位150℃处理30 min,再生效果最佳。同时,该催化剂在储存7个月后仍具有较高的催化活性,表现出良好的储存稳定性。

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第一章 文献综述与课题选择

1.1前言

1.2 低（常）温CO氧化催化剂研究进展

1.3 凹凸棒土（APT）在催化方面的研究进展

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 焙烧温度对Pd-Cu/APT催化剂结构及性能的影响

3.1引言

3.2 催化剂制备

3.3催化剂表征

3.4催化活性评价结果

3.5本章小结

第四章 Pd-Cu/APT催化剂失活原因及再生工艺条件考察

4.1 引言

4.2 Pd-Cu/APT催化剂的失活原因探讨

4.3失活催化剂再生工艺条件考察

4.4 催化剂储存稳定性

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

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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