负载型非贵金属NOx储存还原催化剂CuO/K2CO3/TiO2的研究

摘要

传统NOx储存还原（NSR）催化剂使用贵金属（如 Pt，Rh）为活性组份，因此成本高。本文用贱金属铜的氧化物全取代NSR催化剂中的贵金属Pt，制得了TiO2负载的以氧化铜为活性组份的系列NSR催化剂，考察了它们对NOx储存还原的性能，对催化剂的结构以及NOx储存还原的机理进行了研究。
　　首先，采用连续浸渍法制备出一系列不同氧化铜负载量的NSR催化剂xCuO/15％K2CO3/TiO2(x=2%,4%,8%,10%)，考察了其对稀燃NOx的储存还原性能，应用XRD,HR-TEM,CO2-TPD,EXAFS,H2-TPR和in-situDRIFTS对催化剂进行了详细表征。活性测试结果表明，该系列催化剂对NOx储存还原显示出了良好的催化性能，其中铜含量为8%的催化剂性能最佳；在稀燃状态下，该催化剂的NOx储存量（NSC）为1.559 mmol/g·cat；在稀燃/富燃循环测试中，NOx的还原效率高达99%，并且在NOx还原过程中没有检测到副产物N2O。结构表征结果表明，高分散的CuO是NOx储存还原活性中心。H2-TPR结果显示，CuO和K2CO3之间存在强相互作用，这种相互作用不仅有利于NOx储存，而且有利于增强催化剂的热稳定性。In-situ DRIFTS在1436和1563cm?1处检测到两个倒峰，分别对应于碳酸氢盐中的–CO2反对称伸缩振动和碳酸盐中的-C=O振动，这间接证实了碳酸盐参与到NOx的储存反应中。EXAFS结果表明，经过15个稀燃/富燃循环测试，催化剂中的CuO依然保持稳定，催化剂显示出了很高的催化稳定性。基于以上表征结果，提出了CuO和K2CO3在载体表面的分布模型，以及NOx储存还原的可能机理。
　　其次，考察了不同焙烧温度（350、450、550、650和750℃）对CuO/K2CO3/TiO2催化剂结构和性能的影响。应用XRD, HR-TEM,SEM,H2-TPR和in-situDRIFTS等技术对催化剂进行了详细表征。结果表明，CuO/TiO2在不同温度焙烧后，催化剂中的铜物种仍以CuO为主。于450℃焙烧制得的CuO/K2CO3/TiO2催化剂活性最佳，NSC为1.808 mmol/g，对NOx还原效率达到99.8%，经过22个稀富燃循环测试，催化剂的性能保持稳定。更高焙烧温度下，催化剂的比表面积迅速减小，负载的K2CO3分散性变差，表面高分散的CuO物种减少，而颗粒较大的体相K2CO3物种显著增加；同时随焙烧温度升高，活性组份CuO发生了烧结，导致催化剂对NOx储存还原性能的下降。

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第一章 研究背景简介

1.1汽车尾气污染概况

1.2汽车尾气排放标准

1.3稀薄燃烧技术

第二章 文献综述

2.1氮氧化物催化消除技术

2.2 NSR催化剂

2.3论文研究思路和内容

2.4论文创新点

第三章 CuO/K2CO3/TiO2催化剂的结构特征和储存性能

3.1引言

3.2实验部分

3.3实验结果和讨论

3.4本章小结

第四章 焙烧温度对CuO/K2CO3/TiO2催化剂性能的影响

4.1引言

4.2实验部分

4.3实验结果和讨论

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢