多级孔钙钛矿催化剂的制备及其柴油机尾气净化的研究

摘要

稀土钙钛矿型氧化物在柴油机尾气后处理中占有举足轻重的地位。本文以多级孔La0.9K0.1CoO3催化剂为研究对象，深入开展了多级孔催化剂和SiOC多孔陶瓷基负载催化剂复合材料的制备工艺的研究，并结合N2吸附-脱附等温线、XRD、FT-IR、SEM、TEM、EDX、TG-DSC等表征手段分析了其理化特性。在模拟柴油机尾气气氛下，系统研究了多级孔La0.9K0.1CoO3催化剂对NOx和HC的催化脱除效果。在程序升温条件下，考察了多级孔La0.9K0.1CoO3催化剂对碳烟的催化燃烧性能。
　　 天然松木块经过连续浸渍过程可以使La0.9K0.1CoO3溶胶的上载量达到84％。IR和XRD分析结果表明浸渍后的松木块小样在氩气下经过800℃热解后拥有ABO3的钙钛矿结构，且在空气下800℃做回火处理可得到晶化较好的La0.9K0.1CoO3催化剂；SEM和TEM观察该La0.9K0.1CoO3催化剂具有多级孔结构且孔道完整，孔型较均匀，孔径范围集中在15～40μm，壁厚集中在2～8μm；N2吸附-脱附等温线表征结果显示其拥有很大的比表面积(147.97 m2/g)，较相应粉体或纤维形貌的催化剂高。在与碳黑紧密接触的条件下，该催化剂使碳黑的起燃温度Ti降低至313℃，T50降低至454℃。此外，在模拟柴油机排气条件下，多级孔La0.9K0.1CoO3催化剂对NOx的转化效率最高可达82.2％。在该催化剂的存在下，C3H8在320℃时开始活化，当大约485℃时转化率达到100％。
　　 采用聚硅氧烷为SiOC前驱体，以PHMS：D4Vi=1:1的质量配比、Pt催化剂用量为两种前驱体质量之和(PHMS+D4Vi)的1.0 wt.％为最佳条件，利用自制的聚苯乙烯微球(PS)为造孔剂，对前驱体溶液采用两步交联过程，在流动的氩气下经1000℃热解后获得有序多级孔SiOC陶瓷基体，测得开口气孔率最大可达到77.1％。将通过微乳液法改性后的La0.9K0.1CoO3催化剂(PS@LaL0.9K0.1CoO3)为模板，成功合成SiOC基负载LaL0.9K0.1CoO3催化剂的多级孔复合材料，该复合材料的陶瓷产率为80％，开口气孔率最大为69.3％，负载La0.9K0.1CoO3的含量最大为15.09％，该研究有待进一步深化。
　　 本论文对多级孔催化剂在柴油机尾气处理中的应用提供了重要的理论依据和技术支持。