HZSM-5分子筛负载Cu、Mn、Ce金属氧化物催化剂上碳烟的催化消除

摘要

连续可再生捕集器是目前消除柴油车尾气中碳烟颗粒（soot）最为有效的技术，而此技术的关键在于开发高性能的催化燃烧催化剂。本文以HZSM-5分子筛为载体，负载Cu、Ce、Mn等金属氧化物，运用XRD、BET、TEM、SEM、NH3-TPD、H2-TPR、XPS、NO2-TPD、in situ DRIFTS等表征手段对催化剂进行表征，考察了不同条件下催化剂的催化活性，通过等温厌氧滴定计算了催化剂的TOF，运用TG/DTA测试计算了催化soot燃烧的表观活化能Ea。
　　首先，通过铜氨溶液蒸发法制备了以分子筛HZSM-5为载体的含多种Cu物种催化剂，以及等体积浸渍法制备的对比样。考察了不同Cu物种在催化soot燃烧反应中所起的作用。在 soot和催化剂松散接触的模式下，分子筛骨架中的孤立态Cu（II）具有很强的氧化NO为NO2的能力，为主要活性位。在soot和催化剂紧密接触模式下，分子筛外表面的CuO颗粒能够和soot颗粒直接接触，能够直接为soot氧化提供活性氧物种。与SiO2为载体负载CuO的催化剂对比，铜铵蒸发法制备的催化剂9.5Cu-Z表现了更优越的催化活性，一方面后者内部的孤立态Cu（II）具有很强的氧化NO为NO2的能力，另一方面，酸性载体HZSM-5分子筛，能够抑制 NO2在催化剂上的吸附，从而促进其在 soot上的吸附，为NO2-soot反应提供更多机会。利用in situ DRIFTS表征，探讨了NO2的储存和NO2-soot催化燃烧的路径。
　　其次，采用等体积浸渍法制备了以HZSM-5为载体，制备了负载型Mn、Ce、Mn-Ce金属氧化物催化剂。研究发现，MnOx-CeO2之间的相互作用，使混合氧化物的氢气还原温度向低温区偏移，增强了MnOx-CeO2混合氧化物的氧化性能；同时增加了催化剂表面的化学吸附氧物种，这些活性氧物种有利于碳烟的氧化消除。
　　最后，利用 NaOH对 HZSM-5分子筛的刻蚀，负载双组份混合金属氧化物Cu/Ce，制备出具有介孔结构的催化剂。相比于未经处理的分子筛负载的Cu/Ce催化剂，具有较大孔径结构的CuCe/DZ催化剂具有更高的催化soot燃烧活性，其T50从401℃降低到390℃。这是由于Cu/Ce之间存在相互作用，本身具有很强的氧化能力，另一方面，介孔结构能够使 soot扩散到催化剂的内表面，从而增加了与催化剂活性组分的有效接触，同时也促进了传质作用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2 Soot氧化过程

1.3 ZSM-5分子筛在soot氧化反应中的应用

1.4 本文的研究思路与研究内容

1.5 本文的创新点

第二章 Cu-HZSM-5催化剂中铜物种对催化碳烟燃烧的影响

2.1引言

2.2实验部分

2.3实验结果与讨论

2.4本章小结

第三章 分子筛载体上锰铈相互作用对催化碳烟燃烧性能的影响

3.1引言

3.2实验部分

3.3实验结果与讨论

3.4本章小结

第四章 ZSM-5分子筛的孔结构对催化碳烟燃烧反应的影响

4.1引言

4.2.1材料与方法

4.3实验结果与讨论

4.4本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢