用于冷启动污染控制的非Ce基全Pd密偶催化剂研究

摘要

本文以碳酸铵为沉淀剂、采用共沉淀法制备了不同原子配比的ZrO2-Al2O3复合氧化物及Al2O3和ZrO2单一氧化物，并筛选出最优化的锆铝原子配比。在此基础上，分别用氨水共沉淀法、表面活性剂辅助沉淀法、浸渍法制备了ZrO2-Al2O3复合氧化物载体，然后浸渍负载Pd活性组分(1.0wt.％)，制得了一系列不同方法制备的载体负载的全Pd密偶催化剂。以丙烷氧化为探针反应评价了各催化剂的氧化活性，并与传统Pd/Al2O3催化剂进行比较，考察了载体的制备方法和焙烧温度、催化剂焙烧温度、Pd的负载量(0.5～2.0wt％)等因素对催化剂性能的影响，结果表明碳酸铵共沉淀法制备的ZrO2-Al2O3(Zr/Al原子比为1/3)载体经1100℃焙烧后，再负载1％的Pd后于600℃焙烧得到的催化剂PZ1A3-1100-600具有最好的丙烷氧化活性和热稳定性。本文还考察了助剂Y的添加对催化剂PZ1A3-1100-600氧化活性和热稳定性的影响，结果表明，采用碳酸铵共沉淀法制备的Y0.5Z1A3载体热稳定性好，负载Pd(1.0wt.％)后，即使于1100℃焙烧，催化剂仍然具有较好的丙烷氧化活性。
　　 采用X射线衍射(XRD)、H2-TPR、O2-TPD、X射线光电子能谱(XPS)和原位漫反射红外光谱(DRIFTS)等表征手段研究了各个催化剂的载体结构和PdOx物种的氧化还原能力及吸附性能，并将其与催化活性相关联。结果表明：采用碳酸铵共沉淀法制备催化剂载体阻止了活性t-ZrO2向惰性m-ZrO2的转变，增强了氧的移动性、促进了载体和PdO物种的相互作用、提高了PdO物种对还原性气体的吸附能力以及PdO物种的分散度，同时PdOx物种的Pd-O键能增强，这些都有利于催化剂对丙烷的氧化。四种不同方法制备的载体负载Pd催化剂经高温焙烧后，PZ1A3-1100-900催化剂活性下降最缓慢，这是由于载体和PdO物种的相互作用抑制了PdO物种的烧结，in-situDRIFTS表征结果表明，仍然有CO线式吸附的存在，说明该催化剂中PdOx物种分散度高。对不同Pd负载量的考察结果表明，当Pd负载量为1wt.％时，PdO物种与载体的相互作用最强。载体中添加Y助剂后生成了钇锆固溶体，Y3+部分取代了Zr4+产生晶格缺陷形成阴离子空穴(□)，这种空穴与PdO物种相互作用形成活泼的氧物种(O2-)，并且能稳定PdO物种，增大Pd-O键能，从而使得1100℃焙烧后的催化剂热稳定性提高。本文还对丙烷催化氧化的机理进行了讨论，并分析了影响催化剂性能的关键因素，这对未来全Pd密偶催化剂及载体材料的进一步研究具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1课题研究背景

1.1.1汽车尾气排放标准

1.1.2尾气净化催化剂的发展状况

1.2课题研究现状

1.2.1密偶催化剂的组成及其现状

1.2.2密偶催化剂制备技术

1.2.3负载型Pd催化剂在低碳烃类催化氧化研究中的进展

1.3负载型Pd催化剂上低碳烃类催化氧化反应机理

1.4本文的研究思路和研究内容

1.4.1研究思路

1.4.2研究内容

1.4.3本文的创新点

第二章载体不同制备方法及预处理温度对Pd／ZrO2-Al2O3密偶催化剂上丙烷完全氧化性能的影响

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1催化剂制备方法

2.2.2催化剂的C3H8燃烧反应活性评价

2.2.3催化剂的表征

2.3结果与讨论

2.3.1载体不同制备方法对Pd催化剂的丙烷完全氧化反应活性影响

2.3.2载体预处理温度对Pd/Zr-Al(1/3)催化剂的丙烷完全氧化反应活性影响

2.3.3各Pd／ZrO2-Al2O3催化剂XRD结果分析

2.3.4各Pd／mZrO2-nAl2O3催化剂H2-TPR结果分析

2.3.5各Pd／mZrO2-nAl2O3催化剂O2-TPD结果分析

2.3.6各Pd／mZrO2-nAl2O3催化剂XPS和TEM结果分析

2.3.7各Pd／mZrO2-nAl2O3催化剂In-situ DRIFTS结果分析

2.4本章小结

第三章不同制备条件对Pd／ZrO2-Al2O3密偶催化剂的丙烷完全氧化性能影响

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1催化剂制备方法

3.2.2催化剂的C3H8燃烧反应活性评价

3.2.3催化剂的表征

3.3结果与讨论

3.3.1制备条件对Pd／Zr-Al(1/3)催化剂的丙烷完全氧化反应活性影响

3.3.2催化剂H2-TPR结果分析

3.3.3催化剂O2-TPD结果分析

3.3.4催化剂XPS结果分析

3.3.5催化剂In-situ DRIFTS结果分析

3.4本章小结

第四章Y助剂添加对Pd／ZrO2-Al2O3密偶催化剂上丙烷完全氧化性能的影响

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1催化剂制备方法

4.2.2催化剂的C3H8燃烧反应活性评价

4.2.3催化剂的表征

4.3结果与讨论

4.3.1 Pd／Y-Zr-Al(Zr／Al=1／3)体系的丙烷燃烧反应活性评价

4.3.2催化剂XRD结果分析

4.3.3催化剂H2-TPR结果分析

4.3.4催化剂O2-TPD结果分析

4.3.5催化剂XPS结果分析

4.3.6催化剂In-situ DRIFTS结果分析

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

发表论文和参与科研情况说明

致谢