| 摘 要： | 天然气储量巨大,被广泛应用于发电和工业窑炉等.甲烷作为天然气中最主要的成分,是氢碳比最高的碳氢化合物,其温室效应显著.因此,不完全燃烧所引起的CH_4排放,不仅导致能源浪费,同时也可造成环境污染.与传统火焰燃烧相比,CH_4催化燃烧具有更高的燃烧效率,并可显著地减少大气污染物(CO,NOx和未完全燃烧的烃类)的排放.贵金属Pd催化剂对CH_4催化燃烧表现出优异的催化性能,其中Pd颗粒的尺寸、Pd的化学状态、载体性质及其与Pd之间的相互作用等对其活性有显著影响.本文以不同温度(600,800,1000和1200 oC)焙烧所得SnO_2为载体,通过等体积浸渍法制备了Pd/SnO_2催化剂,研究了SnO_2焙烧温度对CH_4催化燃烧性能的影响.结果表明,所制备的SnO_2均为锐钛矿结构,并且随着SnO_2焙烧温度的升高,晶型愈加完美,晶粒尺寸显著增大.催化剂中引入的Pd以高分散形式存在,CH_4催化燃烧反应活性随着载体SnO_2焙烧温度的升高而显著提高,其中Pd/SnO_2(1200)表现出最高的CH_4燃烧活性,起燃温度和最低全转化温度分别为265和390 oC.在反应温度为300 oC时,Pd/SnO_2(1200)上甲烷的反应速率是Pd/SnO_2(600)的36倍.XPS等结果表明,随着SnO_2焙烧温度的升高,Pd的化学状态也有所差异:对于低温焙烧的SnO_2(800 oC),Pd以Pd4+的形式进入到SnO_2晶格内;随着焙烧温度的升高(1000 oC),Pd以Pd2+物种的形式存在于载体表面.结合活性评价结果推测,Pd的化学状态可能并非是影响催化剂活性的最关键因素.TEM等结果表明,Pd/SnO_2(1000)上Pd O的(101)晶面与载体SnO_2的(101)晶面相近,分别为0.2641 nm和0.2638 nm.O_2-TPD和CH_4-TPR结果表明,Pd/SnO_2(1200)催化剂上单位Pd原子上O_2的脱附量是Pd/SnO_2(600)的3倍,单位Pd原子上CH_4的消耗量比催化剂Pd/SnO_2(600)高出45%.因此,Pd O和SnO_2在构型上存在的晶面匹配可提高催化剂对O_2的活化能力.综上所述,SnO_2和贵金属之间的晶格匹配有利于氧在Pd-SnO_2界面的活化,同时载体SnO_2中的晶格氧亦可以通过"氧反溢流机理"补充到表面Pd O/Pd上,从而增强催化剂对O_2的吸附和活化能力,并提高CH_4催化燃烧反应性能.升高SnO_2的焙烧温度可强化SnO_2和贵金属之间的晶格匹配,从而使催化剂活性随着SnO_2焙烧温度升高而增大.
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