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稀土基复合氧化物的制备及其在甲烷催化燃烧中的应用

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文摘

英文文摘

第一章前言

1.1甲烷的综合利用

1.2催化燃烧技术的发展

1.3甲烷催化燃烧催化剂的类型

1.3.1贵金属及其负载和催化剂

1.3.2钙钛矿型复合氧化物

1.3.3 CeO2基复合氧化物

1.4复合氧化物的制备方法

1.5甲烷催化燃烧反应机理的研究

1.5.1甲烷催化燃烧反应的阶段

1.5.2甲烷催化燃烧反应的动力学研究

1.5.3甲烷催化燃烧反应的活性氧物种研究

1.6论文研究目标

第二章实验及仪器

2.1试剂

2.2催化剂制备

2.3催化剂活性评价

2.4催化剂表征方法

2.4.1比表面积测量(BET)

2.4.2 X-射线粉末衍射(XRD)

2.4.3扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)

2.4.4 X射线光电子能谱(XPS)

2.4.5漫反射红外光谱(DRIFTS)

2.4.6共焦显微激光拉曼(Raman)

2.4.7程序升温还原(TPR)

2.4.8储氧能力测定(OSC)

2.4.9程序升温氧脱附(O2-TPD)

第三章草酸盐胶态共沉淀法制备Ni-Ce-O复合氧化物催化剂及其甲烷催化燃烧性能

3.1引言

3.2催化剂制备

3.2.1 Ni-Ce-O复合氧化物的制备

3.2.2纯氧化物的制备

3.3 Ni-Ce-O复合氧化物的结构表征

3.3.1 Ni-Ce-O复合氧化物前驱体的研究

3.3.2 Ni-Ce-O复合氧化物微结构的研究

3.3.3 Ni-Ce-O复合氧化物氧化还原性质的研究

3.3.4 Ni-Ce-O复合氧化物程序升温氧脱附的研究

3.4 Ni-Ce-O复合氧化物甲烷催化燃烧反应性能

3.4.1 Ni-Ce-O复合氧化物的反应活性

3.4.2 Ni-Ce-O复合氧化物的动力学和寿命研究

3.5 Ni-Ce-O复合氧化物结构与甲烷催化燃烧反应性能的讨论

3.6本章小结

第四章微波辅助溶胶浸渍法制备负载型LaCoO3低温甲烷催化燃烧催化剂

4.1引言

4.2 LaCoO3-SBA-15的制备

4.2.1 SBA-15的制备

4.2.2 SBA-15负载的LaCoO3的制备

4.3 LaCoO3-SBA-15的性质结构表征

4.3.1介孔分子筛SBA-15的物化性质

4.3.2 LaCoO3-SBA-15结构和形貌的研究

4.3.3 LaCoO3-SBA-15储氧性能的研究

4.4 LaCoO3-SBA-15的甲烷催化燃烧性能

4.5本章小结

第五章低温固相反应法制备稀土基复合氧化物及其甲烷催化燃烧研究

5.1引言

5.2低温固相反应法制备复合氧化物

5.2.1 Cel-xNixOy(x≤0.5)的制备

5.2.2 LaCoO3的制备

5.2.3 Ce0.5Zr0.5Ov的制备

5.3 Cel-xNixOy(x≤0.5)复合氧化物的表征及其甲烷催化燃烧性能

5.3.1 Cel-xNixOy(x≤0.5)复合氧化物的甲烷催化燃烧性能

5.3.2 Cel-xNixOy(x≤0.5)的X-射线粉末衍射表征

5.3.3 Ce1-xNixOy(x≤0.5)的形貌表征

5.3.4 Cel-xNixOy(x≤0.5)的氧化还原性质

5.3.5 Cel-xNixOy(x≤0.5)的表面元素分析

5.4 LaCoO3复合氧化物的表征及其甲烷催化燃烧性能

5.4.1研磨时间对LaCoO3结构的影响

5.4.2焙烧温度对LaCoO3结构的影响

5.4.3 LaCoO3骨架结构的红外研究

5.4.4 LaCoO3储氧能力的研究

5.4.5 LaCoO3复合氧化物的甲烷催化燃烧反应性能

5.5三效催化剂的关键材料Ce0.5Zr0.5Oy的制备及表征

5.5.1Ce0.5Zr0.5Oy微结构的研究

5.5.2Ce0.5Zr0.5Ov形貌的研究

5.5.3 Ce0.5Zr0.5Oy氧化还原性质及储氧性能的研究

5.6本章小结

第六章研究总结与展望

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

论文独创性声明及论文使用授权声明

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摘要

本论文的工作主要对以Cel-xNixOy和Ce0.5Zr0.5Oy为代表的铈基复合氧化物以及LaCoO3为代表的钙钛矿型氧化物的制备方法进行了研究,同时考察了其在甲烷催化燃烧中的应用。 一、草酸盐胶态共沉淀法制备Ni-Ce-O复合氧化物及其甲烷催化燃烧性能: 采用草酸盐胶态共沉淀法,通过系统地调变Ni/Ce比例,制备得到了一系列具有良好甲烷低温催化燃烧性能的新型Ni-Ce-O复合氧化物催化剂。通过对Ni-Ce-O复合氧化物的晶粒大小、晶格微应变等微结构参数的分析,探讨了其良好低温反应活性的成因。实验结果表明:Ni-Ce-O复合氧化物催化剂中NiO组分的晶格微应变是影响其甲烷催化燃烧性能的重要因素。NiO晶粒的晶格微应变值的大小与催化剂的甲烷催化燃烧反应活性呈现良好的关联特性,即晶格微应变大的催化剂具有更高的催化活性。该发现为进一步深入认识复合氧化物催化体系上催化燃烧作用的本质及促进新型高效催化燃烧催化剂的研究开发具有重要意义。 二、微波辅助溶胶浸渍法制备负载型LaCoO3低温甲烷催化燃烧催化剂: 首次利用浸渍的方法将镧、钴柠檬酸盐络合物作为前驱体引入到SBA-15孔道中,经微波辐照处理后在SBA-15的介孔孔道内限制性地生长出具有钙钛矿结构的纳米LaCoO3复合氧化物。 采用低温固相反应法制备得到了Cel-xNixOy(x≤0.5)、LaCoO3和Ce0.5Zr0.5Oy三种稀土基复合氧化物。研究了组分比例、配体种类、焙烧温度等制备参数对于催化剂微结构、形貌和氧化还原性质的影响,探讨了其在甲烷催化燃烧中高活性的成因。

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