高比表面CeCuO复合氧化物的制备和整体式负载氧化物催化剂的研究

摘要

通过常规的柠檬酸sol-gel方法(直接在空气中焙烧)和改进的柠檬酸sol-gel方法(前躯体先经氮气高温预处理形成碳粒，然后再在空气中烧掉碳粒)制备了纳米CeO<,2>和Ce<,0.8>Cu<,0.2>O<,2-δ>复合氧化物，样品采用TG-DSC、Raman、X-raydiffraction(XRD)、BET和H<,2>-TPR等技术进行表征。结果表明，采用改进的柠檬酸溶胶－凝胶法，让样品先在N<,2>气氛下800 DC高温预处理，使催化剂表面形成一层纳米碳粒，再在空气中较低温度下可以烧掉表面的碳粒。通过增加高温氮气预处理，能够有效地阻止晶粒进一步长大，制备出具有高比表面积(大于90 m<'2>/g)、小晶粒(平均晶粒小于10 nm)的催化剂。TG-DSC和XRD结果表明，经氮气处理的样品，有部分低价念的金属保留在品格中，阻止粒子长大。由N<'2>吸脱附等温线知，Ce<,0.8>Cu<,0.2>O<,2-δ>复合氧化物可能含有介孔结构。H<'2>-TPR结果表明催化剂中主要存在两种形式的CuO：表面高分散的CuO和固溶体中的Cu<'2+>。 采用CO氧化反应作为探针反应考察了两种方法制备的Ce<,0.8>Cu<,0.2>O<,2-δ>复合氧化物的低温CO氧化性能。采用改进方法制得的Ce<,0.8>Cu<,0.2>O<,2-δ>复合氧化物具有更高的CO氧化活性，其原因归结为晶粒的减小，容易形成氧缺位和表面高分散CuO的增加，从而促进了CO的氧化。因此，改进的柠檬酸sol-gel方法是一种制备高比表面小晶粒的纳米粒子的好方法。 采用直接浸渍铈铜复合氧化物的方法制备了Ce<,0.8>Cu<,0.2>O<,2-δ>整体式催化剂，通过超声波振荡实验考察了该涂层的抗振荡性能。结果表明，这种涂层具有良好的抗振荡性能、与蜂窝陶瓷结合牢固不易脱落，涂层与蜂窝陶瓷载体的粘接性能随着Ce<,0.8>Cu<,0.2>O<,2-δ>氧化物含量的增加而变弱。采用XRD、Raman和H<,2>-TPR等技术对该整体式催化剂进行表征。此外，以乙酸乙酯和CO的催化燃烧反应作为探针反应来评价催化剂的催化性能，显示出了良好的催化活性。与涂载硝酸盐制得Cu<,0.2>Ce<,0.8>O<,2-δ>的催化剂相比，直接涂载Ce<,0.8>Cu<,0.2>O<,2-δ>氧化物得到的催化剂表现出了更好的的乙酸乙酯和CO氧化活性，说明CeO<,2>与CuO的协同催化作用对反应活性起主要作用。根据实验结果分析，当整体式催化剂由Ce<,0.8>Cu<,0.2>O<,2-δ>氧化物制备、涂载量为6wt.％时，催化剂的活性最好，同时用Ce<,0.8>Cu<,0.2>O<,2-δ>氧化物制备的催化剂可避免NOx的生成，对环境友好。

目录

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声明

第一章文献综述

1.1 CeO2及其复合氧化物的研究

1.1.1 CeO2的结构特征

1.1.2 CeO2及其复合氧化物的用途

1.1.3.CeO2及其复合氧化物的制备方法

1.2.挥发性有机化合物的概念

1.2.1挥发性有机废气(VOCs)的危害

1.2.2挥发性有机废气(VOCs)的处理方法

1.2.3催化燃烧技术

1.2.4催化氧化机理

1.2.5催化剂研究进展

1.3整体式负载CeO2复合氧化物催化剂的研究

1.4课题的研究目的与意义

第二章实验部分

2.1催化剂制备

2.1.1催化剂载体

2.1.2化学试剂

2.1.3涂层的制备

2.2催化剂表征

2.2.1粉末X射线衍射(XRD)

2.2.2可见拉曼(Raman)光谱

2.2.3 TG-DSC表征

2.2.4比表面测定(BET)

2.2.5扫描电子显微镜(SEM)

2.2.6透射电子显微镜（TEM）

2.2.7程序升温还原(H2-TPR)

2.2.8蜂窝陶瓷涂层粘结牢度的测定

2.3催化活性评价

第三章纳米CeO2和Ce0.8Cu0.2O2-δ催化剂的制备及性能研究

3.1.引言

3.2实验部分

3.2.1纳米CeO2的制备

3.2.2 Ce0.8Cu02O2-δ复合氧化物的制备

3.3结果与讨论

3.3.1催化剂的XRD表征

3.3.2 Raman表征

3.3.3 TG-DSC表征

3.3.4 BET表征

3.3.5 H2-TPR表征

3.3.6 CO氧化反应活性评价

3.4结论

第四章高比表面Ce0.8Cu0.2O2-δ整体式催化剂的研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1 Ce0.8Cu0.2O2-δ氧化物整体式催化剂的制备

4.2.2 Ce0.8Cu0.2O2-δ硝酸盐整体式催化剂的制备

4.3结果与讨论

4.3.1不同的涂载量的整体式催化剂性能比较

4.3.2不同制备方法获得的催化剂涂层性能比较

4.4结论

参考文献

作者简介、撰写和发表的主要文章目录

致谢