Ag基催化剂的合成及其富氧条件下选择催化还原NO的研究

摘要

氮氧化物（NOx）是大气中的主要污染物之一，也是汽车尾气的主要有害成分。氮氧化物不仅危害人体健康，还会造成光化学烟雾、酸雨等环境污染问题。因此，如何有效地减少氮氧化物的排放至关重要。烃类选择性催化还原（SCR）NOx技术因还原活性高、无二次污染，仍具有很大的研究应用前景。Ag/Al2O3催化剂具有寿命长、成本低的特点，是最具潜力的HC-SCR催化剂之一。但Ag/Al2O3催化剂的低中温活性差的缺点仍未得到很好的解决，这于贫燃发动机不利。因此，本文拟研究富氧条件下不同催化剂的配方和不同的催化剂制备方法来提高其催化活性，并采用现代表征手段，分析催化剂的构效关系。具体包括以下内容：　　（1）首先，以Ag/Al2O3催化剂为基准，对常规浸渍法的制备条件（如：Ag含量、焙烧温度）和催化降解NO的反应工艺条件（如催化剂用量、气体流速、C3H6与NO的比、O2含量）进行探索。结果表明，Ag/Al2O3催化剂的活性与Ag负载量密切相关，当Ag负载量为1.5％时，Ag/Al2O3催化剂具有最好的活性（NO的去除率达78%）。这归因于适宜的负载量导致最佳的活性组分的分散度。焙烧温度会影响催化剂整体结构和热稳定性，优化后的焙烧温度为600℃。在优化催化剂制备条件的基础上，采用单因素变量法优化后的反应工艺条件如下：催化剂用量为200mg，气体流量为100ml/min，原料C3H6与NO的配比为1:1，O2用量为4%。　　（2）其次，采用浸渍法对1.5%Ag/Al2O3-Imp催化剂进行改性，主要通过引入助剂和调变浸渍方式来提高催化剂的催化活性，优化制备了Ag-Ti-Zr三元催化剂1.5%Ag/0.5%Ti/1%Zr/Al2O3-Imp。研究结果表明，1.5%Ag/0.5%Ti/1%Zr/Al2O3-Imp催化剂催化性能优异，400℃时NO转化率可达62%，在450℃时NO去除率达到83%。与1.5%Ag/Al2O3-Imp催化剂相比，NO去除率在400℃增加14%。XRD表征结果表明Zr的掺杂可以增强催化剂活性组分的分散能力，Ti的掺杂使催化剂上所有的氧化物均呈无定形状态，有助于稳定催化剂的结构；H2-TPR表征结果表明Zr、Ti的掺杂有利于催化剂的H2-TPR低温还原峰向低温移动，提高催化剂的低温活性；NH3-TPD表征结果表明Zr、Ti的掺杂增加了催化剂的弱酸和中等强度酸中心；O2-TPD表征结果表明Zr、Ti的掺杂增加了催化剂储氧能力。　　（3）最后，采用溶胶凝胶法对Ag/Al2O3催化剂进行改性，制备Ag-La-Ti三元催化剂4%Ag-0.75La-2%Ti/Al2O3-Sol。在对比分析溶胶凝胶法和浸渍法结果的基础上，优化了溶胶凝胶法的助剂用量和主活性组分及载体之间的关系，得到溶胶凝胶法最优三元催化剂配方。与4%Ag/Al2O3-Sol催化剂相比，4%Ag-0.75%La-2%Ti/Al2O3-Sol催化剂在400℃时NO转化率达59%，提高20%；450℃时NO转化率达81%，提高14%。XRD表征表明La、Ti的掺杂使La、Ti氧化物与Al2O3之间存在较强的相互作用力，使得部分氧化物呈现无定形结构，有助于稳定催化剂的结构；H2-TPR表征表明La、Ti的掺杂使H2-TPR还原峰的峰高和峰面积增加并向低温方向移动，提高催化剂的低温活性；NH3-TPD表征表明La、Ti的掺杂降低了催化剂的弱酸中心和强酸中心，增加了催化剂的中等强度酸中心；O2-TPD表征表明La、Ti的掺杂增加了催化剂对分子氧和化学吸附氧吸附强度。

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1 绪论

1.1 课题研究的意义

1.2 NOx产生途径

1.3 NOx在燃油中的特性

1.4 NOx的机内净化技术

1.5 NOx的机外净化技术

1.6 NOx选择性催化还原（SCR）的国内外研究现状

1.7 Ag基催化剂选择性催化还原NOx的国内外研究现状

1.8 本课题的主要研究内容和创新点

2 实验部分

2.1 实验试剂及设备

2.2 催化剂的制备

2.3 催化剂的活性评价

2.4 催化剂表征

3 NO催化降解用Ag/Al2O3催化剂制备条件及反应工艺初探

3.1 引言

3.2 Ag/Al2O3催化剂制备条件的优化

3.3 Ag/Al2O3催化降解NO反应工艺条件的优化

3.4 本章小结

4 浸渍法制备Ag-Zr-Ti三元催化剂及其催化性能研究

4.1 引言

4.2 不同助剂添加的二元催化剂合成及其对催化降解NO的影响

4.3 最优的Ag-Zr二元催化剂合成及其对催化降解NO的影响

4.4 Ag-Zr-Ti三元催化剂合成及其对催化降解NO的影响

4.5 本章小结

5 溶胶凝胶法制备Ag-La-Ti三元催化剂及其催化性能研究

5.1 引言

5.2 浸渍法与溶胶凝胶法对催化降解NO的影响

5.3 不同助剂改性的二元催化剂合成及其对NO催化降解的影响

5.4 Ag-La-Ti三元催化剂合成及其对催化降解NO的影响

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果