共融盐复合物催化剂在消除柴油机碳烟过程中的应用

摘要

柴油机凭借其循环热效率高、燃油经济性好和使用寿命长等优点逐渐被客车和卡车所普遍接受。由于柴油机尾气排放温度低、贫燃富氧燃烧使废气中氧含量高，使得汽油车的三元催化技术不能应用于柴油机的尾气净化。随着各国对环境保护和人体健康的重视以及日益严格的车用发动机排放法规的颁布和实施，如何有效地降低柴油机碳烟颗粒物的排放成为汽车及发动机行业面临的严峻挑战。 由于碳烟颗粒完全燃烧的温度约为550-600℃，而柴油机排气管温度170-400℃，因此除去碳烟颗粒最有效的途径就是利用催化氧化的方法降低碳烟颗粒的起燃温度，使其在排气管温度下完全燃烧。文献报道Cs2SO4·V2O5共融盐复合物是一种有应用前景的催化剂，但是，迄今对该共融盐复合物还没有进行系统化的研究，并且用传统的固相法制备共融盐催化剂不适于将其负载至过滤器上。 本文以Cs2SO4·V2O5为催化剂，针对现有的制备共融盐复合物催化剂存在的缺陷，提出用软化学法来代替传统的固相法制备共融盐复合物催化剂，以适于将催化剂负载到过滤器上。本文考察了Cs2SO4和V2O5不同摩尔比及焙烧温度对共融盐催化性能的影响，随后向组成优化过的Cs2SO4·V2O5催化剂中分别掺杂Pt、K、Ce研究其对催化性能的影响，在此基础上进一步考察了柴油机尾气中共存的NOx、SO2气体对催化剂活性的影响。采用TG-DTA和XRD对催化剂结构进行了分析，用SEM对碳烟颗粒及催化剂形貌进行了观察，并用TG和固定床反应器评估了催化剂的活性和稳定性。此外还分析了催化剂熔点与催化活性之间的关系，并对催化剂与碳烟颗粒之间的接触方式对催化剂活性的影响进行了系统研究。 在所考察的催化剂中，Cs2SO4与V2O5摩尔比为0.55:0.45的催化剂经600℃焙烧后活性最高，在氮氧化物存在下可以使碳烟颗粒的起燃温度降低至320℃左右。研究结果表明催化剂活性的高低不仅与Cs2SO4/V2O5摩尔比、反应气氛有关，还受到催化剂与碳烟颗粒之间接触模式的影响。 Pt、K、Ce的添加并没有提高催化剂的活性，其中掺杂型的Pt不能将NO氧化为NO2；K的添加虽然可以保持共融盐复合物的催化活性，但是由于KNO3熔点很低大大降低了催化剂的稳定性；向共融盐中添加的Ce主要以CeO2存在，高温条件下容易发生烧结而降低催化活性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2柴油机碳烟净化技术的研究意义

1.2.1柴油机尾气排放特征

1.2.2碳烟的形成过程及组成

1.3柴油车排放标准

1.4柴油机碳烟排放控制的研究现状及发展趋势

1.4.1非催化过滤器

1.4.2加入燃料添加剂的过滤器

1.4.3催化过滤器

1.5碳烟氧化催化剂类型及研究进展

1.5.1简单金属氧化物催化剂

1.5.2贵金属催化剂

1.5.3复合氧化物催化剂

1.6课题的研究目的、意义及研究内容

1.6.1课题的研究目的和意义

1.6.2课题的主要研究内容

第2章实验部分

2.1实验仪器及药品

2.1.1实验仪器

2.1.2实验药品

2.1.3碳烟颗粒

2.2共融盐复合物的制备

2.3催化剂表征

2.3.1热重分析(TG-DTA)

2.3.2 X-射线粉末衍射分析(XRD)

2.3.3扫描电子显微镜(SEM)

2.3.4活性评价

第3章Cs2SO4·V2O5共融盐复合物的制备与表征

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1催化剂的制备

3.2.2催化剂表征

3.3结果及讨论

3.3.1催化剂的熔点测试

3.3.2接触状况对碳烟催化氧化的影响

3.3.3 XRD图谱

3.3.4 SEM图谱

3.3.5催化剂催化燃烧活性评价

3.3.6 SO2对碳烟颗粒催化燃烧的影响

3.4结论

第4章掺杂Pt、K、Ce的共融盐复合物催化碳烟颗粒燃烧的性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1催化剂的制备

4.2.2催化剂表征

4.3结果及讨论

4.3.1 Pt／Cs2SO4·V2O5催化碳烟颗粒燃烧性能的研究

4.3.2 K／Cs2SO4·V2O5催化碳烟颗粒燃烧性能的研究

4.3.3 Ce／Cs2SO4·V2O5催化碳烟颗粒燃烧性能的研究

4.4结论

第5章全文总结及课题展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致 谢