单一金属氧化物同时催化去除碳颗粒和NOx

制备了系列金属氧化物催化剂,研究了富氧条件下单一金属氧化物同时催化去除碳颗粒和NOx的活性,考察了碳颗粒与催化剂之间的接触方式对催化活性的影响,并分析了碳颗粒和NO,催化同时去除的路径.结果表明,Cr,Mn、Co和 Ni 金属氧化物催化剂对碳颗粒和 NOx 同时去除具有较高的催化活性,并且在催化剂与碳颗粒之间"松散接触"方式下依然具有较高的活性;其同时催化去除碳颗粒和 NOx 的路径为,催化剂催化NO 氧化成NO2,NO2 促进碳颗粒氧化去除,而碳颗粒氧化的中间物 CO 还原 NO,促进 NO,还原去除.     

Ru系双贵金属催化同时去除碳颗粒和NO_x

用等体积浸渍法制备了一系列Ru系双贵金属催化剂(Ru-M/Zr O2,M为Rh、Ir、Pd、Au、Pt),采用程序升温表面反应(TPSR)技术研究了其催化同时去除碳颗粒和NOx的活性,并考察了含硫含水条件对其活性的影响.结果表明,Ru系双贵金属催化同时去除碳颗粒和NOx的活性受贵金属组合的影响较为明显,Ru-Rh/Zr O2、Ru-Ir/Zr O2和Ru-Pd/Zr O2对碳颗粒和NOx同时去除表现了较高的协同活性,Tpeak低于510℃,η高于35%,其协同催化路径为:Ru催化NO氧化成NO2,Rh、Pd或Ir催化NO2与碳颗粒反应,使碳颗粒迅速氧化,同时NOx迅速还原.含硫含水条件对Ru系双贵金属催化去除碳颗粒具有促进作用,对Ru系双贵金属催化去除NOx具有抑制作用.与其他双贵金属催化剂相比,Ru-Rh/Zr O2和Ru-Ir/Zr O2表现了较强的抗硫抗水性能,而Ru-Pd/Zr O2的抗硫抗水性能最差.     

Mn掺杂Ce0.7Zr0.3O2催化剂同时去除碳烟和氮氧化物的性能

采用柠檬酸络合燃烧法制备了一系列x%Mn/Ce0.7Zr0.3O2(x=0,5,10,15,30,50)复合金属氧化物催化剂,对其同时去除柴油机尾气中碳烟颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)反应的催化活性进行了评价,并采用XRD、低温氮吸附-脱附、H2-TPR、O2-TPD和原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)等技术对催化剂的性能进行了表征。结果表明,不同含量Mn掺杂入铈锆固溶体中均形成了三元固溶体催化剂,在同时去除PM和NOx的催化反应中,固溶体催化剂的催化活性与其氧化能力直接相关。其中30%Mn/Ce0.7Zr0.3O2催化剂具有较好的同时去除PM和NOx的催化活性,催化去除PM的Ti和Tm分别为298和504℃,NO的转化率达到30.6%。结合O2-TPD和原位红外结果可知,30%Mn/Ce0.7Zr0.3O2表面吸附的超氧物种(O2-)及其与NO反应生成的硝酸盐物种(NO3-)是同时去除PM和NO反应的主要活性物种,进而指出PM和NO在30%Mn/Ce0.7Zr0.3O2表面反应过程中形成了异氰酸盐(-NCO)中间物种,在原位红外实验的基础上提出了30%Mn/Ce0.7Zr0.3O2复合氧化物催化剂同时去除PM和NOx的反应机理。     

贫燃条件 In-Ag/TiO2-γ-Al2O3催化 CO选择性还原NO

汽车尾气中主要污染成分 CO和 NOx可导致酸雨、光化学烟雾和臭氧空洞效应,对生物、环境及生态系统造成重大危害。污染源中 CO是性能优良的还原剂,如能不添加还原剂实现 CO催化还原 NOx,将成为最具经济技术优势的 NOx脱除技术。在富氧、低温条件下,利用 CO选择性催化还原 NOx为 N2,是目前选择性催化还原研究中的热点和难点。催化 CO还原 NOx常用的贵金属 Ir, Rh, Pt和Pd矿藏稀少,价格昂贵,有氧条件下活性急降,而分子筛催化剂和一些金属氧化物催化剂普遍存在反应温度高,尤其对 N2选择性差等问题。为解决上述问题,需寻找新的适合我国矿产资源的催化体系。研究发现,稀散金属基催化剂对氮氧化物的净化具有一定效果,因而可将我国的稀散金属资源优势转化为技术优势和经济优势。因此,本文以 TiO2-γ-Al2O3(TA)为载体, In/Ag为活性组分,采用等体积浸渍法制备了 InAg/TA以及 In/TA, Ag/TA和InAg/Al (γ-Al2O3为载体)催化剂,考察了贫燃条件下 CO选择性还原NO的催化活性。研究表明,双金属催化剂InAg/Al和 InAg/TA的活性比单金属催化剂In/TA和 Ag/TA高, In/TA催化剂中引入 Ag物种能降低起燃温度;另外,相比于InAg/Al催化剂, InAg/TA催化剂具有较高的催化活性,550?600°C时 N2产率超过60%,说明载体中引入TiO2可以提高催化剂活性。为了深入研究 InAg/TA催化剂中 Ag物种和TiO2对 In物种的作用,通过比表面测定、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱、紫外-可见光吸收光谱、氢气程序升温还原、傅立叶变换红外线光谱等方法分析了催化剂结构和表面形态。结果表明, Ag物种可以提高 In物种的分散性, In和 Ag物种在 TA载体表面可以很好地分散,从而有利于提高催化活性。 In和 Ag物种在 TA载体表面以氧化态形式存在,并且 Ag物种可以提高 In物种表面含量,表面 In和 Ag物种含量越高,吸附活性位越多,催化活性越高;同时, TiO2也可以促进 NO吸附,从而提高 InAg/TA催化剂活性。 InAg/TA催化剂在450°C连续反应72 h进行稳定性测试,测试前后分别在50?600°C进行活性测试,并用 XRD和 TEM对反应后的催化剂进行表征测试。结果表明, InAg/TA催化剂具有较好的稳定性,连续反应前后催化剂活性基本保持不变,推测可能由于在有 CO和O2存在的体系中, Ag物种利用自身 Ag+与 Ag0之间的氧化还原反应抑制了活性组分 In2O3的还原和聚集,稳定了 In物种乃至催化剂活性。 InAg/TA催化剂用于贫燃条件下CO还原NO具有较好的催化效果,主要归因于催化剂活性组分分散性好,稳定性高,对NO吸附能力强。 Ag物种可以稳定In物种并提高其分散性, TiO2可以改善In物种和Ag物种的分散性并促进NO吸附。     

新型铁锰复合氧化物催化低温脱除NOx

采用溶胶-凝胶法合成了一系列铁锰复合氧化物催化剂, 利用X射线衍射(XRD)对催化剂的活性相态进行研究, 并考察了铁锰摩尔比及焙烧温度对催化性能的影响. 结果表明, 该催化剂体系在低温(80-220 ℃)下选择性催化氨还原NOx反应中显示出优异的活性. 其中Fe(0.4)-MnOx(500)(即摩尔比n(Fe)/(n(Fe)+n(Mn))=0.4, 焙烧温度500 ℃)催化剂具有最佳低温催化活性, 在空速30000 h-1, 温度80 ℃的条件下, NOx转化效率达到90.6%, N2选择性达100%. Fe-MnOx复合氧化物催化剂中形成的Fe3Mn3O8晶相有利于促进NO氧化成NO2, 从而提高低温选择性催化还原的活性.     

新型铁锰复合氧化物催化低温脱除NOx

采用溶胶-凝胶法合成了一系列铁锰复合氧化物催化剂,利用X射线衍射(XRD)对催化剂的活性相态进行研究,并考察了铁锰摩尔比及焙烧温度对催化性能的影响.结果表明,该催化剂体系征低温(80-220℃)下选择性催化氨还原NOx反应中显示出优异的活性.其中Fe(0.4)-MnOx(500)(即摩尔比n(Fe)/(n(Fe)+n(Mn))=0.4,焙烧温度500℃)催化剂具有最佳低温催化活性,在空速30000 h-1,温度80℃的条件下,NOx转化效率达到90.6%,N2 选择性达100%.Fe-MnOx复合氧化物催化剂中形成的Fe3Mn3O8晶相有利于促进NO氧化成NO2,从而提高低温选择性催化还原的活性.     

Mn/Ba/Al2O3催化剂的NOx氧化-储存和耐硫性能

采用分步等体积浸渍法制备了Mn/Ba/Al2O3催化剂, 并用XRD和TPD等方法进行表征. 考察了催化剂在不同温度下NOx氧化-储存特性和NOx脱附行为. 结果表明, Mn/Ba/Al2O3催化剂具有较高的催化NO氧化活性和较大的NOx储存容量. BaMnO3是主要的活性组分；Mn能够催化NO的氧化反应, 且具有一定的NOx储存能力; Ba是主要的储存组分, 将NOx以硝酸盐的形式储存; 硝酸盐在300～600 ℃分解, 释放出NOx. Mn/Ba/Al2O3催化剂在800 ℃老化6 h后, NO氧化活性和NOx储存能力稍有下降. 低含量的SO2对催化剂的NO氧化活性和NOx储存能力没有明显影响; 高含量的SO2使催化剂的NO氧化活性降低, NOx储存量减小, 最终导致催化剂失活.     

（Ag／Al2O3＋Cu／Ce（x）／Al2O3）组合催化剂催化乙醇选择性还原NO工及其副产物的消除

制备了Cu／Ce（x）／Al2O3（X为Ce与Al的摩尔比）系列氧化催化剂,并考察了（Ag／Al2O3＋Cu／Ce（x）／Al2O3）组合体系催化乙醇还原NO,以及氧化去除反应副产物（CO和未完全燃烧的碳氧化合物）的活性．在200～350℃温度区间,组合催化剂具有与Ag／Al2O3相似的NO,去除效率．随着Ce／Al比增加,氧化催化剂去除CO的活性逐渐提高．Cu／CeO2催化剂具有最好的氧化活性,但其对NOx的去除有较大影响．综合考虑NOx转化率以及CO和HC的去除效果,（Ag/Al2O3＋Cu／Ce（0．15）／Al2O3）是最佳的催化剂组合体系．通过对此系列氧化催化剂的BET比表面积、XRD、H2-TPR以及XPS等表征结果的分析,发现Cu和Ce之间的相互作用是催化剂氧化CO能力提高的主要原因．     

富氧条件下Ir催化NO反应

用浸渍法制备了系列Ir催化剂, 研究了富氧条件下Ir催化NO的反应, 考察了催化剂的催化反应性能及负载量和载体对催化活性的影响. 结果表明, 在Ir催化剂上不仅发生了NO氧化反应, 同时也发生了NO还原反应; Ir催化剂对NO反应有催化作用, 催化活性随Ir负载量的增加而增强. 载体对催化剂活性有一定的影响, 负载量低于0.1%(w)时, 催化NO氧化的活性顺序为Ir/ZSM-5>Ir/γ-Al2O3>Ir/SiO2, 这主要受载体自身性质的影响; 负载量高于0.1%时, 催化NO氧化的活性顺序为Ir/ZSM-5>Ir/SiO2>Ir/γ的活性顺序为Ir/γ-Al2O3>Ir/SiO2>Ir/ZSM-5, 这主要由于载体吸附作用促进了NO2在Ir催化剂上吸附分解. 与Pt催化剂相比, Ir催化剂更有利于促进NO还原.     

Ag/Co-Ce复合氧化物在O2及NOx气氛中催化燃烧碳烟的性能:Ag的作用

柴油车由于其良好的燃油经济性及强劲的动力得到了广泛应用,但同时柴油车尾气排放中颗粒物(PM)也对环境造成巨大污染,并严重威胁人类健康.与气体污染物相比,PM的处理难度更大,其组分复杂,起燃温度高,是当前柴油车排放问题的瓶颈和难点.颗粒过滤器(DPF)是一种有效消除PM的手段,它需要及时再生以保证其较高的碳烟捕集效率.与其他再生方案相比,连续催化再生系统工艺简单,能耗低,研发一种能够连续催化再生柴油车DPF的催化剂也成为当务之急.Ag是一种比较特殊的贵金属,其工业属性较强,价格也相对低廉.Ag基催化剂在环境催化领域有着广泛应用,已被应用于CO催化氧化、VOC催化去除及甲醛催化氧化等领域.目前的文献报道主要集中于研究Ag基催化剂负载于惰性载体对O2气氛下碳烟起燃性能的影响,并基于此讨论Ag的作用.本文利用柠檬酸络合法合成了高性能低温催化氧化材料体系xAg/Co0.93Ce0.07,探讨了不同Ag负载量对在两种气氛O2及O2+NO中催化性能的影响,并深入分析了引起此现象的原因.结果表明,Ag对Co-Ce复合氧化物的催化性能有显著的促进作用;Ag/Co-Ce复合氧化物在O2气氛下的起燃活性取决于Ag含量,Ag含量最高的样品0.3Ag/Co0.93Ce0.07催化性能最佳.而在NOx气氛下,Ag基催化剂的起燃性能不及在O2中的数值;0.2Ag/Co0.93Ce0.07与0.3Ag/Co0.93Ce0.07催化活性并列最优,其起燃温度可低至226oC.XRD及Raman的表征结果证实了Ag主要以单质形态存在,且其对Co-Ce复合氧化物的晶体结构未产生显著的影响,Ag的晶粒尺寸也未明显变化.H2-TPR则表明了Ag的负载未能提高催化剂的整体氧化还原能力,soot-TPR预示Ag甚至恶化了催化剂在惰性气氛下表面晶格氧及体相晶格氧的活性.NOx-TPD表征结果则证明了Ag对催化剂的NOx吸附有积极作用.此外,Ag/Co-Ce复合氧化物催化剂也具备了优异的耐久性及稳定性.本文还依据催化性能及表征结果剖析了碳烟在不同气氛下的催化氧化机理.在O2气氛下,Ag为反应的活性位,Ag与其表面的氧化物层AgOy之间存在一个自再生的反应循环.Ag吸附解离氧原子后,将其转化为AgOy,这表明此氧化物层不仅能够在低温下贡献表面晶格氧去除碳烟,促进氧分子向超氧物种转化,它在分解后也能将吸附氧解离为过氧物种及超氧物种.在NOx气氛下,催化剂表面硝酸根物种是催化剂催化性能维持稳定的重要因素;反应过程中催化材料表面硝酸盐物种的热稳定性筛查结果也进一步佐证了催化剂表面的AgNO3物种是碳烟起燃的决定性因素,其自身的氧化还原活性及Ag离子移动性均有利于降低碳烟的起燃温度.TGA结果说明了NOx气氛中的活性中间产物AgNO3的氧化还原活性劣于O2气氛下活性中间产物Ag2O,这直接导致催化剂在O2气氛下具备更好的碳烟起燃性能.本文工作有助于启发其他研究者开发高活性催化氧化催化材料.     

Catalytic Reduction of Nitric Oxide on SiO2/AlO3-supported Transition Metal Catalysts

Selective reduction of nitric oxide in pressence of oxygen is one of the major challenges in the automobile exhaust after-treatment for lean-bum gasoline engines and diesel engines. Besides Cu-ZSM-5, Pt and Pd based noble metal catalysts, alumina-supported silver catalysts show high activities on NOx conversion to nitrogen^[1,2]. However, NO conversion activities over silver on binary oxides have rarely been studied in detail^[3], although copper on SiO₂-Al₂O₃ catalyst was reported to have a high activity^[4] Here, NOx reduction activities on SiO₂-Al₂O₃-supported transition metal catalysts prepared by sol-gel method was investigated.     

柴油机尾气净化催化剂的最新研究进展

柴油机尾气排放的污染物已经引起了严重的环境污染问题,催化净化技术是柴油机尾气污染治理必不可少和最有效的处理技术之一,而高效催化剂的研制和开发是催化净化技术的核心.本文以柴油机尾气中最难处理的两种污染物NOx和碳烟颗粒(PM)的催化处理技术为主线,综述了NOx的催化还原(选择性催化还原(SCR)和贮存还原(NSR))催化剂、碳烟的催化燃烧催化剂、NOx和碳烟颗粒同时消除的催化剂及柴油机尾气四效催化剂的最新研究进展,并总结性地提出了目前该研究方向存在的主要问题和发展方向.     

类水滑石衍生CuAlO催化剂同时去除碳颗粒和氮氧化物

以共沉淀法合成的含Cu类水滑石为前驱物, 制备了具有介孔结构的CuAlO复合氧化物催化剂, 采用程序升温反应技术评价了催化剂同时去除碳颗粒物(soot)和氮氧化物的性能, 并系统分析了反应条件对催化活性的影响. 结果表明, 在紧接触和松接触两种条件下, CuAlO都有较高的同时去除碳颗粒物和NOx的催化活性, 当催化剂与soot由紧接触变为松接触时, 起燃温度(Ti)由260 ℃升高到314 ℃, NO转化为N2的最大转化率(XN2-max)值由40.4%下降为29.2%; soot含量不同对Ti影响不大, Ti都在260 ℃左右; NO浓度或O2浓度增加, Ti下降, O2浓度从2.5%增至7.5%时对XN2-max影响不大, 都在40%左右; 反应气流速增大, soot起燃温度Ti基本不变, 都在260 ℃左右, 而XN2-max随气速增加而减小, 当气速从20 mL·min-1升至80 mL·min-1时, XN2-max由40.4%下降至21.6%, 但生成N2的量基本相同, 这取决于催化剂的选择性. 催化剂经重复使用后活性下降, 可能是由于反应过程中生成的中间产物吸附于催化剂表面, 覆盖了催化剂表面的活性位.     

球形氧化铝负载锰基双金属氧化物催化剂催化臭氧深度氧化NO

在工业锅炉烟气处理领域,由于锅炉容量低,烟气温度往往无法满足传统选择性催化还原(SCR)所需温度窗口.工业锅炉烟气成分的复杂性也给氮氧化物治理带来了严峻考验.臭氧深度氧化NO结合湿法洗涤同时脱硫脱硝技术具有独特的应用优势.传统臭氧氧化技术中,NO被臭氧氧化为NO2,进而在脱硫塔中实现一体化脱硫脱硝.但由于NO2溶解度相对较低,需要在脱硫浆液中加入添加剂提高脱硝效率,造成运行成本增加.NO经臭氧深度氧化后,NO2进一步转化为溶解度高的N2O5,传统脱硫石膏浆液即可实现高效吸收N2O5,从而有效提高氮氧化物吸收效率.但由于N2O5生成反应速率低,深度氧化存在臭氧投入量大、反应时间长及臭氧残留多的缺点.臭氧耦合催化剂深度氧化NO可有效解决以上问题.首先,本文采用溶胶-凝胶法合成一系列单金属氧化物(Mn,Co,Ce,Fe,Cu,Cr)作为臭氧深度氧化NO的催化剂.结果发现锰氧化物表现出最高的催化活性,在70oC下,O3/NO摩尔比为2.0时经过0.12 s的反应时间催化剂即可实现80%以上的转化效率.但根据N2O5生成的总包反应(2NO+3O3=N2O5+3O2)可以看出,O3/NO摩尔比为1.5时即可实现N2O5的完全转化.由于催化臭氧氧化反应温度较低,中间产物在催化剂表面聚集,占据大量活性位,进而导致无法实现1.5摩尔比的高效转化.通过采用球形氧化铝作为载体,避免粉末状催化剂紧凑型布置,增加换热面积,可有效降低催化剂表面中间产物聚集;同时延长了气体与催化剂的接触时间,提高反应效率.在球形氧化铝载体上负载锰基双金属氧化物(Ce-Mn,Fe-M,Cr-Mn,Cu-Mn和Co-Mn),在初始NO浓度为410 mg/m3,反应温度100oC,O3/NO摩尔比1.5,催化反应时间0.12 s的工况下,催化剂最终实现95%(Fe-Mn)和88%(Ce-Mn)的转化效率,剩余NO和NO2的浓度分别低于20 mg/m3(Fe-Mn)和50 mg/m3(Ce-Mn),臭氧残留浓度低于25 mg/m3.同负载单一锰氧化物(83%转化率)相比,双金属氧化物进一步提高了N2O5生成效率.因此,臭氧耦合催化剂深度氧化NO结合湿法吸收在工业锅炉超低排放(NOx<50 mg/m3)领域具有广泛应用前景.通过XRD、氮气吸附、H2-TPR和XPS等手段研究了催化剂的晶体结构、孔结构参数、氧化还原性能和表面原子价态.催化臭氧深度氧化NO主要与催化剂对臭氧的分解性能和对NO的氧化性能有关.较大的比表面积和孔容有利于催化剂的吸附.氧空位有利于臭氧的吸附和分解.Mn4+和Mn3+的均衡分布既有利于NO的吸附氧化又有利于臭氧的吸附分解,最终提高了N2O5生成效率.     

钴铝复合氧化物同时催化去除碳烟和氮氧化物

以稳态共沉淀法合成的含Co类水滑石为前驱物, 制备了具有介孔结构的复合氧化物催化剂(CAO), 采用程序升温反应技术评价了催化剂同时去除碳烟和氮氧化物的性能, 并用ICP, BET, SEM和XPS等手段分析了材料结构和催化性能的关联. 结果表明, 催化剂呈现钴尖晶石相, 材料表面除了存在与金属键合的晶格氧外, 还有大量的吸附氧. Co/Al摩尔比和焙烧温度影响催化剂的活性, 当Co/Al摩尔比为4和焙烧温度为800 ℃时制备的4CAO-800是一种综合性能良好的催化剂, 具有较低的起燃温度(t_i=290 ℃), 生成N₂的选择性较高(S_N2/C=3.5%). 在同时去除碳烟和NO_x反应中, 碳烟的催化燃烧过程可能存在溢流机理和氧化还原机理协同作用.     

The highly active catalysts of nanocomposite K-Co-CeO2 for soot combustion

Nanocomposite K-Co-CeO(2) catalysts were synthesized by the controllable micropore-diffused co-reaction method. Due to the size-match nanometre effect between CeO(2) support and active components and formation of NO(2), these cheap nanocomposite catalysts exhibit super catalytic performances which are as good as a supported Pt catalyst under loose contact conditions for soot combustion.     

共沉淀法制备的MnOx-CeO2在含NO气氛中氧化碳烟的研究

用共沉淀法制备的复合氧化物MnOx-CeO2,其程序升温氧化(TPO)结果显示,1 000 mL.m-3NO和10%O2条件下MnOx-CeO2对应的碳烟起燃温度Ti为250~303℃,远低于无催化剂时的Ti(402℃)及CeO2的Ti(334℃);也低于无NO下MnOx-CeO2的Ti(346~360℃);与MnOx的Ti(290℃)相当,但MnOx-CeO2的Tm(413~441℃)仍比MnOx的Tm(441℃)稍低。明显地,NO促进了碳烟的氧化,MnOx-CeO2比CeO2和MnOx的活性都要高。NO-TPD、FT-IR及原位DRIFTs表明,MnOx-CeO2表面对NO吸附能力强,更易促进NO氧化和NOx储存,从而有利于碳烟的氧化。可能的机理为,富氧条件下气相O2推动催化剂中氧物种(如超氧O2-,化学弱吸附氧O-与晶格氧O2-)的形成(含相互转化)与迁移,推进了NO或NO2-的氧化;储存的NOx在低温下生成硝酸根离子,在高温时则释放出高活性的NO2*和O-,促进碳烟氧化,其中间产物包括C-NO2复合物与C(O)复合物。     

CeO2纳米层对多层载体x-CeO2/3DOM Al2O3负载纳米Au催化剂催化柴油炭烟燃烧活性的影响

与汽油车相比,柴油车具有CO2排放低、寿命长和经济性好等优点,所以近年来受到广泛关注并被大量使用.但是,柴油车在使用过程中会产生大量炭烟颗粒物(PM),对大气环境和人类健康造成很大威胁.因此,开展这方面的基础研究具有重要的科学意义及环境保护意义.催化柴油炭烟燃烧反应是一个气-固-固多相深度氧化反应,由于PM的粒径远大于传统催化剂,导致PM不能进入催化剂孔道内部,造成催化剂活性比表面积利用率较低.设计并制备大孔径的三维有序大孔结构(3DOM)的催化剂,能够减小反应扩散阻力,增加催化剂与炭烟颗粒物的有效接触,加快反应进行.另外,可以通过在3DOM氧化物表面担载其它活性组分,提高催化剂的氧化还原性能,进而提高其活性.CeO2有很好的储放氧性能,在柴油车尾气净化催化剂中较为常见,但是单一的CeO2热稳定性较差,高温下容易烧结,使得比表面积减小,并且失去储氧能力,造成催化剂失活.文献中较常见的解决办法是在CeO2中掺杂其它阳离子,如Zr4+,Pr3+,Al3+,La3+及Y3+等离子,以提高CeO2的抗高温烧结能力.此外,研究报道的催化剂对催化柴油炭烟颗粒物燃烧的峰值温度已经远低于炭烟颗粒物的自燃温度,但是对颗粒物的起燃温度仍普遍较高.我们前期研究结果表明,担载纳米Au颗粒催化剂能够显著降低炭烟燃烧的起燃温度.本文采用胶体晶体模板法制备了3DOM Al2O3载体,利用微孔膜-氨沉淀法担载不同量的活性组分CeO2,制备出一种负载型x-CeO2/3DOM Al2O3催化剂,它既可减少稀土元素用量,降低成本,又因为Al2O3的机械强度较高,还能保证催化剂的机械强度足够好.为了进一步降低催化剂催化炭烟燃烧的起燃温度,利用还原沉积法在多层载体x-CeO2/3DOM Al2O3上负载纳米Au催化剂,制备出不同厚度的CeO2纳米层负载Au催化剂(Au/x-CeO2/3DOM Al2O3).利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、H2程序升温还原和O2程序升温脱附等方法研究了催化剂的结构及物化性质与催化剂活性之间的关系,提出了消除PM反应的可能机理.结果表明,Al3+离子能够部分进入到CeO2中,形成Al-Ce固溶体.由于Al离子半径小于Ce离子,Al3+掺杂后能引起CeO2晶格发生畸变,产生大量缺陷,形成大量氧空位,促进晶格氧的移动,从而使催化剂具有更大的储放氧能力.在Au/x-CeO2/3DOM Al2O3催化剂中,CeO2担载量过高时,氧化铈纳米层较厚,活性组分容易烧结,不利于催化剂活性提高;而CeO2担载量过低,则CeO2纳米层较稀薄,催化剂的氧化还原性能受限,催化剂活性也不高.因此,CeO2的担载量应适当.此外,Au和CeO2之间的强相互作用能够增加Au纳米颗粒表面活性氧物种的数量,从而促进柴油炭烟燃烧反应.活性测试结果表明,担载纳米Au颗粒后,催化剂催化柴油炭烟燃烧的起燃温度均明显降低,在所制备的系列催化剂中Au/20％CeO2/3DOM Al2O3催化剂展示了最高的催化活性,T10,T50和T90分别为267,372和426 oC.     

VOx/ZrO2和K-VOx/ZrO2催化剂的结构与催化碳黑氧化性能

采用等体积浸渍法制备两个系列不同V和K负载量的VOx/ZrO2和K-VOx/ZrO2催化剂.利用程序升温氧化反应(TPO)技术对VOx/ZrO2和K-VOx/ZrO2催化碳黑氧化的活性进行了考察.实验结果表明,当催化剂中V的负载量nV/nZr=4/100时, VOx/ZrO2催化剂的活性最好.添加K能显著改善VOx/ZrO2催化剂的活性,当K的添加量为nK∶nV∶nZr=1∶4∶100时,碳黑氧化的反应温度最低.催化剂的红外光谱和紫外-可见光谱表征的结果表明, nV/nZr=4/100时,催化剂的表面形成聚合的V物种浓度最大.由于聚合的V物种具有较强的氧化还原能力,因而能显著地降低柴油碳黑的氧化温度.当K-VOx/ZrO2催化剂中nK/nV超过1/4时,由于形成KVO3物种,催化剂表面原子的移动性减弱,因而催化活性降低.