家用天然气催化燃烧热水器的研制

天燃气传统的火焰燃烧存在一系列缺点[1],催化燃烧能改善燃烧过程,促进完全燃烧,降低有毒物质的形成[2]。本文以过渡金属为活性组分,氧化铝为载体,制备了家用燃烧热水器燃烧催化剂,其ＮＯｘ排放仅为24ｐｐｍ,远低于国家标准(小于80ｐｐｍ)[3],而一般的燃烧热水器则高达76ｐｐｍ。并且该催化燃烧热水器在热量接收不是很充分的情况下,其热效率已超过了一般的燃烧热水器。1　实验部分1 1　催化剂样品的制备用添加助剂Ｆｅ,Ｃｏ,Ｍｎ的硝酸盐溶液浸渍Ａｌ2Ｏ3粉末,100℃水浴烘干、600℃空气中焙烧2ｈ,制成浆液涂覆在堇青石400孔/ｉｎｃｈ2,9…     

超微粒La-Co氧化物催化剂对柴油机尾气碳黑催化燃烧性能的研究

用有机酸络合法制备了Co3O4，NiCo2O4和LaCo2O43种催化剂。通过程序升温氧化反应(TPO)技术对这3种催化剂进行模拟柴油碳黑催化燃烧反应的活性评价。研究发现以Co3O4为活性成分的催化剂能显著降低碳黑燃烧的温度。以Ni和La部分取代Co3O4后形成的复合氧化物NiCo2O4和混合氧化物LaCo2O4能改进Co3O4的氧化活性。但是NiCo2O4不能改进碳黑在松散接触时的燃烧活性；而混合氧化物LaCo2O4由于形成了超微粒含缺陷的LaCoO3钙钛矿型结构，它具有良好的低温氧化活性和表面原子移动性，因而能显著改进碳黑在松散接触时的燃烧活性。     

纳米CeO2基固溶体催化柴油机碳颗粒物燃烧性能

采用柠檬酸溶胶鄄凝胶法制备CeO2基固溶体催化剂(Ce0.7Zr0.3O2-δ、Ce0.7Pr0.3O2-δ和Ce0.7Gd0.3O2-δ), 并考察了固溶体和三种常用载体(TiO2、SiO2和Al2O3)及其负载KNO3后的催化碳黑燃烧活性. 结果表明, CeO2基固溶体催化剂具有很高的催化燃烧活性, 其活性接近TiO2、SiO2和Al2O3负载30%KNO3催化剂的活性. 因为纳米CeO2基固溶体的形成, 提高了催化剂的抗烧结能力, 使氧更活泼, 从而提高氧化还原性能, 有利于碳颗粒燃烧. 由于CeO2基固溶体本身的高活性, 因此KNO3的添加不能明显提高CeO2基固溶体催化剂(尤其是Ce0.7Zr0.3O2-δ和Ce0.7Pr0.3O2-δ)的催化燃烧活性, 但KNO3能显著提高TiO2, SiO2和Al2O3的催化燃烧活性.     

Ni-Nb2O5和Ni-Cu-Nb2O5催化甲烷燃烧活性研究

在微型固定床反应器中考察了新型甲烷催化燃烧催化剂Ni-Nb2O5和Ni-Cu-Nb2O5的活性．实验结果表明，含Nb2O5的Ni及Ni-Cu双金属催化剂具有好的催化甲烷低温燃烧性能，其甲烷转化率与反应温度、活性组分含量和空速有关．70％Ni担载量的Ni-Nb2O5催化剂可使甲烷在500℃时完全转化，并具有稳定的催化活性．Ni-Cu-Nb2O5体系催化剂中，Ni／Cu比为65／25时催化剂具有最佳的活性；该催化剂中Nb2O5可以在一个比较宽的范围内调节，并在此调节范围内可使甲烷在550℃温度下完全转化．     

制备方法对LaMnO3上氯乙烯催化燃烧性能的影响

含氯挥发有机物(CVOCs)广泛用于化工原料以及有机溶剂,由于其毒性大,难降解,直接排放可引起严重的空气污染问题,采用催化燃烧的技术可以实现CVOCs高效净化,其关键在于高活性和高稳定性的催化剂.CVOCs净化催化剂主要有负载型贵金属催化剂、(复合)氧化物催化剂和复合分子筛催化剂.我们以具有高稳定性的LaMnO3钙钛矿为研究对象,主要考察了不同制备方法对于氯乙烯催化燃烧性能的影响;并通过XRD,Raman,N2-吸附脱附,O2-TPD,H2-TPR,ICP-AES,XPS等表征方法研究催化剂的结构和物化性能.性能评价结果表明,MnO2虽具有良好的催化性能,但LaMnO3催化剂则具有更好的循环稳定性.同时,制备方法对LaMnO3催化剂上氯乙烯催化燃烧的性能有显著的影响,其活性高低的顺序为:溶胶凝-胶法(SG)>共沉淀法(CP)>硬模版剂法(HT)>水热法(HM),其中LaMnO3-SG催化剂在182℃时氯乙烯的转化率即可达到90%.XPS结果表明,不同的制备方法导致LaMnO3催化剂表面La和Mn的富集程度不同,并显著影响了催化剂表面Mn离子的价态、分布和氧空穴的数量.其中,LaMnO3-SG催化剂具有最高的表面Mn4+浓度,其对应的氯乙烯催化燃烧活性最高.而对于LaMnO3-HM催化剂,La(OH)3的生成导致其具有最高的表面La/Mn比(2.29)和最低的表面Mn4+浓度.由XPS计算氧空穴浓度可知,LaMnO3-SG催化剂氧空穴浓度(1.03)远高于LaMnO3-HM催化剂表面的氧空穴浓度(0.07),进而LaMnO3-SG在O2-TPD中表现出更高的O2脱附量.进一步分析可知Mn4+离子浓度与氧空穴浓度成正相关的关系,即:Mn4+离子浓度越高,则表面氧空穴浓度越高.而催化剂表面氧空穴浓度越高,则有利于氧在催化剂表面的吸附和活化,从而使得催化剂表面氧物种的浓度增加,这与O2-TPD结果一致.同时,制备方法对催化剂氧化还原性能也有显著的影响,由H2-TPR所得催化剂的耗氢量顺序为:LaMnO3-SG>LaMnO3-CP>LaMnO3-HT>LaMnO3-HM,这与它们催化活性的顺序一致.结合XPS和H2-TPR结果可知,催化剂表面Mn4+/Mn3+比例高,则催化剂的氧化还原能力也越强.以上分析表明,LaMnO3催化剂的催化活性与催化剂表面Mn4+浓度和氧空穴数量相关.具有较高的Mn4+浓度有利于氯乙烯在催化剂表面吸附;而氧空穴数量的增加有利于氧在催化剂表面的吸附和活化,从而提高氯乙烯催化燃烧的反应性能.     

乙酸乙酯在Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2负载的金属氧化物催化剂上的催化燃烧

制备了Fe, Co, Cu, Cr和Mn金属氧化物催化剂, 所用载体为Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2复合氧化物. 利用X射线衍射(XRD), 程序升温还原(TPR), 储氧量测试, BET比表面测试和光电子能谱(XPS)表征了催化剂. 并利用活性测试表征了各种催化剂对乙酸乙酯催化燃烧能力. 各种表征结果证实, 由于催化剂Mn/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2, 质量比)具有最多的可还原物种, Cu/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2)具有较多的可还原物种和最强的可还原能力, 使它们对乙酸乙酯催化燃烧表现出了最好的活性. 在催化剂Cu/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2)和Mn/Al2O3-Ce0.5Zr0.5O2(1:2)上, 乙酸乙酯于245 ℃转化了99%, 表明这两种催化剂具有广泛的应用潜力.     

介孔Al2O3负载PdO催化甲烷燃烧反应性能

采用浸渍法制备了介孔Al2O3(M-Al2O3)负载PdO催化剂,考察了其催化CH4燃烧反应性能.结果表明,以M-Al2O3为载体的PdO催化剂活性比普通Al2O3载体高得多,这很可能与M-Al2O3的孔道结构对PdO物种的限域作用有关.随着PdO/M-Al2O3催化剂焙烧温度的升高,甲烷催化燃烧活性先增加后降低,其中700oC焙烧的催化剂活性最高,400oC反应时CH4转化率为91%.此时Pd物种主要以PdO颗粒形式高度分散在载体的介孔孔道内,而高温焙烧时,Pd物种主要以Pd和PdO的混合晶相存在.尽管900oC焙烧制得的催化剂上CH4的转化率降低,但TOF值最大,这可能与该催化剂中同时存在金属Pd和PdO有关.     

堇青石负载La-Mn-O复合氧化物催化剂的甲苯催化燃烧性能

以堇青石蜂窝陶瓷为载体,以La2O3,Mn(NO3)2为基本原料,掺杂一些稀土等非贵重金属元素,采用浸渍法制备了系列负载La-Mn-O复合氧化物催化剂.考察了焙烧温度等对甲苯催化燃烧性能的影响,并对催化剂进行了XRD,TPR表征.结果表明,800 ℃焙烧的LaMn/Cord催化剂具有较高的甲苯催化燃烧性能;Ce取代催化剂中部分La后能改善催化剂的氧化活性,当Ce∶La=1∶1(摩尔比)时催化性能最佳,在260 ℃的反应温度下甲苯转化率达到90%以上.     

TiO_2空心微球负载钒、铈催化剂的制备及其对氯苯催化燃烧性能研究

采用水热法制备TiO2空心球,以TiO2空心球为载体,采用等体积浸渍法分别制备了不同V负载量(3%~10%)的V2O5/TiO2和稀土改性后的V2O5-CeO2/TiO2催化剂,利用XRD,SEM,EDS,TEM对TiO2空心球及V2O5-CeO2/TiO2催化剂进行了表征,结果表明,空心球TiO2分散性良好,粒径在1.5μm左右,且其为锐钛矿结构,负载的V和大部分的Ce均匀分散在TiO2空心球体内部或者表面而未破坏TiO2空心球结构。考察了催化剂对氯苯的催化燃烧性能,活性评价结果表明当V负载量在5%时,V2O5/TiO2催化剂对氯苯催化燃烧性能最佳,在掺杂10%的稀土Ce后,催化燃烧氯苯的活性得到明显提高。     

多段微通道负载型钯催化剂上天然气预混催化燃烧的研究

制备了一系列用钡、镧、铈等氧化物进行改性的Pd／RExOγ·γ-Al2O3,堇青石蜂窝催化剂,在自行设计的催化燃烧实验平台上进行了天然气催化燃烧实验。研究了钯含量、催化剂床层数、功率对天然气催化燃烧特性的影响。结果表明,当钯含量为0.5％时催化剂具有最好的催化燃烧性能。在空燃比为12-16范围内,燃烧器尾气中NOx含量低于5×10^-6V/V,CO,Hc排放低于10×10^-6V/V。催化剂床层数对催化燃烧的温度峰值以及尾气中NOx含量影响不大,但明显利于降低HE,CO的排放。     

Ce1-xNixO2/Al2O3/FeCrAl催化剂的制备及其甲烷催化燃烧性能

以FeCrA l合金薄片为基体,A l2O3为过渡载体,Ce1-xN ixO2(x=0.1-0.3)、CeO2和N iO为活性组分,制备了Ce1-xN ixO2/A l2O3/FeCrA l、CeO2/A l2O3/FeCrA l和N iO/A l2O3/FeCrA l金属基整体式催化剂,在固定床微型反应器中评价了催化剂的甲烷催化燃烧性能,用SEM、XRD、TPR等方法对催化剂的物相、表面形貌和氧化还原性进行了表征.结果表明,Ce1-xN ixO2在催化剂表面的分散性比CeO2和N iO要好;Ce1-xN ixO2/A l2O3/FeCrA l(x=0.1-0.3)催化剂具有好的催化活性和高温稳定性,CeO2/A l2O3/FeCrA l和N iO/A l2O3/FeCrA l催化剂有好的初活性但高温稳定性较差;活性组分与A l2O3和FeCrA l金属基体之间存在较强的相互作用.     

助剂对Cu-Mn复合氧化物整体式催化剂催化低浓度甲烷燃烧反应性能的影响

以堇青石蜂窝陶瓷(COR)为载体,采用浸渍法制备了Cu-Mn-O/A12O3/COR,Cu-Mn-Ce-O/Al2O3/COR,Cu-Mn-Zr-O/Al2O3/COR,Cu-Mn-La-O/A12O3/COR和Cu-Mn-Ce-Zr-O/Al2O3/COR5种Cu-Mn复合氧化物整体式催化剂,用于低浓度甲烷催化燃烧反...     

OMS-2/堇青石整体式催化剂的制备及其对二甲醚燃烧的催化性能

 以有机物为粘合剂, 采用涂覆法制备了氧化锰八面体分子筛 (OMS-2)/堇青石整体式催化剂, 采用热重-差热分析、扫描电镜、X 射线衍射、H2 程序升温还原和 O2 程序升温脱附等技术对催化剂进行了表征, 考察了有机粘合剂种类及其用量对二甲醚 (DME) 催化燃烧性能的影响. 结果表明, 在有机粘合剂聚乙烯醇 1799 (其质量含量为 3%) 的作用下, OMS-2 以相互交织的簇体均匀分布于堇青石表面, 且粘附力较强, 制备的整体式催化剂在 DME 催化燃烧中表现出最优的催化性能, 起燃温度 T10 = 169 oC, 完全转化温度 T90 = 243 oC; 催化剂使用后再经高温焙烧其活性仍能保持稳定, 表现出较高的重复使用性.     

新型La2CuMnO6和LaMnO3催化剂的甲烷燃烧催化性能比较

采用溶胶-凝胶法在空气气氛下于1100 ℃焙烧3 h后制备了一种新型单相稀土双层钙钛矿催化材料La2CuMnO6, 测试了其甲烷催化燃烧反应性能. 该化合物对甲烷催化燃烧反应表现出较好的催化活性, 起燃温度(T10)和完全转化温度(T90)分别为437.5和649.2 ℃, 在相同条件下与稀土单层钙钛矿型催化剂LaMnO3相比, 其T10和T90分别降低了53.1和116.5 ℃. XPS结果显示, La2CuMnO6氧空位浓度相对较大, 此外, La2CuMnO6与LaMnO3相比, 其TPR谱、SEM、TEM和磁性明显不同, 并与其甲烷催化燃烧活性有一定的对应关系.     

NiO/SnO2-ZrO2催化剂的制备及甲烷燃烧催化性能的研究

利用正交分析，通过溶胶凝胶－超临界干燥及复合浸渍的方法制备了NiO/SnO2-ZrO2催化剂，进行了活性评价，考察了前驱物、NiO、SnO2含量及制备方法对催化剂活性及稳定性的影响，并采用XRD、TEM对催化剂进行了表征分析，结果表明：NiO/SnO2-ZrO2催化剂具有良好的甲烷燃烧催化性能（t100%=640 ℃），其活性、稳定性与制备参数密切相关，其中NiO含量是影响催化剂活性、稳定性的最主要参数，它对催化剂稳定性和活性的影响规律正相反； SnO2组分的添加使ZrO2单斜相稳定，对催化剂起到了良好的稳定化作用，发现当SnO2含量在6 mol％左右时，催化剂具有较好的稳定性；对于制备方法，在凝胶前加入活性组分有利于催化剂的高活性，而在凝胶后加入活性组分，则有利于催化剂保持较好的稳定性；活性组分前驱物对催化剂性能影响不大，采用Ni(NO3)2作为前驱物较为合适。     

Ni的引入对Pd/Al2O3催化甲烷燃烧性能的影响

采用浸渍法制备了Ni掺杂的Pd/Al2O3催化剂,考察了其低浓度甲烷催化燃烧活性和水热稳定性.结果表明,随着Ni的引入及其含量的增加,Pd/Al2O3催化剂性能明显提高,Ni含量至20%时,在0.4%CH4,4%H2O和空气平衡的原料气组成,80000h-1空速和600oC条件下反应150h后,CH4转化率仍能保持在97.5%以上.X射线衍射、H2程序升温还原、NH3程序升温脱附和透射电镜等结果表明,NiAl2O4晶相的形成改善了载体酸性和活性组分的分散度,从而提高了催化剂性能.     

CeZrYLaO对Fe基整体式稀薄甲烷催化燃烧性能的影响

采用共沉淀法制备了高性能低铈储氧材料Ce_0.35Zr_0.55Y_0.07La_0.03O_1.95(OSM,储氧材料)和胶溶法制备了耐高温、高比表面的La-Al₂O₃并以它们为载体,制备了一系列整体式铁基催化剂。考察了该系列催化剂对甲烷稀薄燃烧的催化性能,并用低温N₂吸附-脱附,储氧能力(oxygen storage capacity,OSC),XRD,XPS和H₂-TPR等测试手段对载体和催化剂进行了表征。活性测试结果表明所制得的整体式催化剂Fe/OSM+La-Al₂O₃可在50 000 h^-1的高空速条件下使含量为1%的甲烷在474 ℃起燃,565 ℃完全转化;低温氮吸附-脱附测试结果表明,所制得的Ce_0.35Zr_0.55Y_0.07La_0.03O_1.95经1 050 ℃焙烧5 h后的BET比表面积达33 m²·g^-1,孔容为0.14 mL·g^-1;La-Al₂O₃经1 050 ℃焙烧5 h后的BET比表面积达125 m²·g^-1,孔容为0.46 mL·g^-1,是优良的催化剂载体;OSC测试结果表明,加入储氧材料(oxygen storage material(OSM))能增加催化剂的储氧性能,有利于催化活性的提高;XRD测试结果表明,OSM以均一固溶体存在;XPS测试结果表明,Fe₂O₃与OSM载体之间的相互作用最强;H₂-TPR测试结果表明,加入OSM能增加催化剂的还原性能,从而提高了催化活性。     

Catalytic Combustion of Methane over CO1-xMgxO/Al2O3/FeCrAl Monolithic Catalysts

A series of CoxMgxO/Al2O3/FeCrAl catalysts （x=0-1） were prepared. The structures of the catalysts were characterized using XRD, SEM, and TPR analyses. The catalytic activity of the catalysts for methane combustion was evaluated in a continuous flow microreactor. The results indicated that the active washcoats adhered well on the FeCrAl foils. The phases in the catalysts were Co--xMgxO solid solutions, α-Al2O3, and γ-Al2O3. The surface particle size of the catalysts varied with variations in the molar ratios of Co to Mg. The Co component of the Co1_xMgxO/Al2O3/FeCrAl catalysts played an important role in the catalytic activity for methane combustion. In the Co1-xMgxO/AluO3/FeCrAl series catalyst （x=0.2-0.8）, the catalytic activity in terms of x was in the order of 0.5〉0.2〉0.8 under the experimental conditions. The presence of Mg in these catalysts could promote the thermal stability to a large extent. There were strong interactions between the Co1-xMgxO oxides and the AluO3/FeCrAl supports.     

甲烷催化燃烧中制备参数对NiO/CuO-ZrO2催化剂高温反应性能的影响

采用溶胶凝胶－超临界干燥的方法制备了NiO/CuO-ZrO2催化剂，分别考察了焙烧温度、活性组分含量对催化剂甲烷燃烧性能的影响，并利用XRD、物理吸附等手段考察了两个参数对催化剂性能影响的本质原因，发现NiO/CuO-ZrO2催化剂具有较高的催化活性，较好的高温（1 000 ℃）反应稳定性，焙烧温度对催化剂的影响很大，500 ℃是合适的焙烧温度，通过试验发现活性组分NiO为5 mol％时催化剂适于在相对较低的温度下使用，而NiO为15 mol％时，催化剂具有较好的高温稳定性。