碱土金属掺杂对Pd/CZA三效催化剂空燃比窗口特性的影响研究

摘要

随着汽车尾气污染的日益严重与汽车排放法规的日益严格，对三效催化剂（TWCs）性能提出愈加苛刻的要求。面对复杂的汽车工况运行情况，优良的TWCs在具有高催化转化率同时还应具备宽的空燃比工作窗口。本文针对Pd/Ce0.67Zr0.33-Al2O3三效催化剂体系，考察了高温水热老化、水蒸气及碱土金属掺杂改性对空燃比窗口特性的影响。 采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了碱土金属掺杂的Pd/M-Ce0.67Zr0.33-Al2O3催化剂（M=Ca、Sr、Ba），考察了改性催化剂的空燃比窗口特性及动态储放氧性能（OSC），通过XRD、BET等表征手段探寻引起催化剂活性变化的原因。 研究表明：采用溶胶-凝胶法制备的Pd/Ce0.67Zr0.33-Al2O3催化剂，结晶度差，晶粒较小，具有较好的热稳定性。5％水蒸气气氛下，1050℃水热老化10 h后铈锆固溶体（CZ）未发生分相，催化剂的表面和体相结构得到修饰，空燃比窗口保持了0.125的宽度。反应气氛中存在水蒸气，促进了水煤气变化反应和蒸汽重整反应的进行，进一步扩宽空燃比窗口。碱土金属掺杂改性后，对催化剂结构与性能产生较大影响：①Ca掺杂进入氧化铝晶格中，虽然抑制了氧化铝的烧结，但对拓宽空燃比窗口作用不大；②Sr掺杂同时进入氧化铝和铈锆固溶体晶格中，提高了CO的转化性能以及贫燃时的NOx还原性能，使空燃比窗口向贫燃方向移动，3％的Sr掺杂量具有较优的空燃比窗口特性；③Ba掺杂影响铈锆固溶体结构，提高了其高温稳定性，并大幅提高贫燃时NOx的转化率，拓宽了空燃比窗口。 催化剂的空燃比窗口与催化剂的比表面积大小无直接关联，主要受催化剂OSC性能的影响。催化剂OSC性能越好，空燃比窗口越宽。

目录

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前言

第一章文献综述

1.1概述

1.1.1汽车尾气排放污染

1.1.2汽车尾气排放控制

1.1.3三效催化剂与空燃比窗口

1.2空燃比窗口研究

1.2.1拓宽空燃比窗口的方法

1.2.2空燃比窗口与储氧材料

1.2.3铈锆固溶体的研究进展

1.3碱土金属掺杂对空燃比窗口影响研究

1.3.1碱土金属掺杂对铈锆固溶体改性研究

1.3.2碱土金属掺杂对水气变换和蒸汽重整反应的影响

1.4课题研究目的及意义

第二章实验部分

2.1实验原料及主要仪器

2.1.1试剂与原料

2.1.2实验设备

2.2样品制备

2.2.1铈锆氧化铝固溶体制备

2.2.2贵金属负载

2.2.3水热处理

2.2.4样品编号

2.3催化剂空燃比窗口特性测试

2.4催化剂的储放氧性能评价(OSC)

2.5催化剂结构表征

2.5.1 X射线衍射分析(XRD)

2.5.2 BET测试

第三章 实验结果与讨论

3.1未掺杂样品

3.1.1引入水蒸气前后催化剂空燃比窗口特性结果

3.1.2老化前后催化剂空燃比窗口特性结果

3.1.3小结

3.2 Ca掺杂样品

3.2.1空燃比窗口性能结果

3.2.2 BET实验结果

3.2.3 XRD结果

3.2.4 OSC实验结果

3.2.5讨论

3.2.6小结

3.3 Sr掺杂样品

3.3.1空燃比窗口特性结果

3.3.2 BET实验结果

3.3.3 XRD结果

3.3.4 OSC实验结果

3.3.5讨论

3.3.6小结

3.4 Ba掺杂样品

3.4.1空燃比窗口特性结果

3.4.2 BET实验结果

3.4.3 XRD结果

3.4.4 OSC实验结果

3.4.5讨论

3.4.6小结

3.5不同掺杂元素对催化剂性能的影响

第四章结论

第五章展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢