CuO负载CeO2基催化剂的制备和其CO氧化活性的研究

摘要

随着人们生活水平的提高，机动车数量也在不断增加导致环境的进一步恶化，导致机动车尾气处理的关注度一再升级。在选择合适的催化剂时，由于CO作为尾气中的主要成分之一，所以拥有更高的CO氧化活性的催化剂更受人们的青睐。而合成成本低廉且具有高CO氧化催化活性的催化材料显得尤为重要。　　CeO2基载体由于大量的氧空位存在，并且资源储量丰富，价格较低而成为催化剂载体的很好选择。晶体缺陷往往会造成更多的晶格空位，而这些空位可以充当潜在的氧吸附位点，为了能够最大化这些活跃位点，所以往往会向CeO2晶格中引入多种其他元素，使材料拥有更高的储氧能力和高温热稳定性。本文主要采用工业上较易实现的共沉淀法合成CeO2基载体，通过添加Zr等元素提高载体的热稳定性，并通过湿浸渍法用CuO对CeO2基载体进行改性，制备出对CO氧化具有较高活性的CeO2基催化剂，论文取得如下的主要研究成果。　　1.研究了相同制备条件下，不同原料对CeO2载体的物理和化学性质的影响。结果表明:H2Ce(NO3)6合成的CeO2在800℃/3 h焙烧条件下拥有更大的比表面积。该原料合成的CeO2载体在300～600℃出现一个较大的表面还原峰，还原能力虽然达不到(NH4)2Ce(NO3)6为原料制备的CeO2载体，但是其CeO2载体的热稳定性能却高于(NH4)2Ce(NO3)6为原料制备的CeO2载体。研究表明，H2Ce(NO3)6做为原料合成的CeO2载体同时拥有更好的高温比表面积和较好的还原能力。　　2.研究了通过工业易操作的反向共沉淀方法合成掺杂少量La2O3(5％)、Y2O3(5％)的CeO2-ZrO2固溶体，通过正交实验确定了不同料液浓度、滴加时间、双氧水和氧化物质量比例以及搅拌速度对合成的载体性能的影响。结果表明，料液浓度为0.10g/ml，滴加时间为70 min，双氧水和氧化物比例为1∶1，搅拌速度为170 r/min时对应的1000℃/4 h焙烧条件下的比表面积最大，为27.52 m2/g。　　3.通过工业易操作的湿浸渍法合成了CuO/CeO2(C/C)和CuO/CeO2-ZrO2(C/CZ)和CuO/La2O3-Y2O3-CeO2-ZrO2(C/CZLY)催化剂。结果表明，从TEM图中发现，负载量为8％的CuO合成的C/CZLY催化剂中CuO负载均匀且负载的CuO粒径较小。从H2-TPR图中发现，C/CZLY不仅还原能力最强而且出现还原能力的温度最低，且其拥有还原能力的范围最广，因此其表现出来的综合还原能力最好。从新鲜催化剂CO催化实验中发现，C/C和C/CZ的T50分别为94℃和99℃，T90分别为113℃和115℃，都略高于C/CZLY，但是最终全部转化温度相同。综合表明，C/CZLY的催化能力更佳。从老化催化剂CO催化实验中发现，C/CZLY的T10、T50和T90分别为80℃、120℃和145℃。相比发现，C/C的催化能力一直较低，其T10、T50和T90分别为100℃、130℃和175℃。明显低于C/CZLY。C/CZ的催化能力相比C/C有一定提高但是还是略低于C/CZLY，其T10、T50和T90分别为80℃、120℃和155℃。综合表明，C/CZLY拥有更高的热稳定性能，其CO氧化催化能力在(800℃/2h)仍是最佳，且和新鲜催化剂的CO氧化催化能力相当。

目录

摘要

1．1 研究历史和背景

1．1．1 CO催化剂历史和背景

1．1．2 CeO2基载体历史和背景

1．2 CeO2基晶体结构和原理

1．3 铈基载体合成方法和研究进展

1．3．1 CeO2载体合成和研究进展

1．3．2 CeO2-ZrO2复合材料合成和研究进展

1．4 本论文选题意义

参考文献

第二章 大比表面积二氧化铈载体的制备和表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂和表征方法

2．2．2 材料合成

2．3 结果与讨论

2．3．3 大比表面积CeO2的H2-TPR还原能力考察

2．4 本章小结

参考文献

第三章 La、Y、zr元素掺杂改性CeO2固溶体的制备和表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与表征方法

3．2．2 La2O3、Y2O3掺杂CeO2-ZrO2固溶体材料的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 La2O3-Y2O3-CeO2-ZrO2固溶体的XRD表征

3．3．2 La2O3-Y2O3-CeO2-ZrO2固溶体的比表面积表征

3．3．3 La2O3-Y2O3-CeO2-ZrO2固溶体的SEM表

3．3．4 La2O3-Y2O3-CeO2-ZrO2固溶体的H2-TPR表征

3．4 本章小结

参考文献

第四章 CuO负载氧化铈基催化剂的制备和其CO氧化活性的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验表征方法

4．3 结果和讨论

4．3．1 催化剂XRD表征结果分析

4．3．2 催化剂TEM表征结果分析

4．3．3 催化剂SEM表征结果分析

4．3．4 催化剂EDS表征结果分析

4．3．5 催化剂IR表征结果分析

4．3．6 催化剂H2-TPR结果分析

4．3．7 新鲜催化剂CO氧化活性应用研究

4．3．8 催化剂TG表征结果分析

4．3．9 老化催化剂CO氧化活性应用研究

4．4 本章总结

参考文献

第五章 结论

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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