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介孔Al_2O_3、AlF_3的制备和Pd/Al_2O_3催化剂的甲烷催化燃烧性能研究

作　者: 郭美娜
导　师: 王月娟；罗孟飞
学　校: 浙江师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 介孔氧化铝高比表面积 Pd/Al2O3催化剂 CH4催化燃烧 β-AlF3
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

介孔材料作为新型材料在催化、吸附与分离等领域有着潜在的应用前景。它具有比表面积大、孔径分布窄的特点,自首次合成以来一直受到广泛的关注。氧化铝(Al2O3)的晶型丰富(无定形、α、β、γ、δ相等),价廉易得,并具有良好的物理化学性质,在工业上已被广泛应用于催化剂载体和吸附剂。介孔氧化铝(为了区别普通的Al2O3,全文用M-Al2O3来表示介孔氧化铝)不但具有普通A1203材料的优异性能,还具有介孔材料的特性,其催化、吸附性能更加优越,因此相关的制备和应用研究具有十分重要的意义。本文主要通过调变合成条件制备了比表面积高、孔道尺寸均一水热稳定性好的M-Al2O3,并将其用于CH4的催化燃烧反应。并研究了介孔β-A1F3的制备。主要研究内容如下：1、以非离子表面活性剂P123为模板剂,异丙醇铝为铝源,采用溶胶-凝胶法在酸性条件下合成了高比表面积和高热稳定性的M-Al2O3材料。实验考察了M-Al2O3合成过程中表面活性剂用量、pH值、陈化温度、焙烧温度对M-Al2O3比表面积和孔道结构的影响。小角X射线衍射、TEM、N2吸脱附表征结果表明,合成的M-Al2O3具有典型的二维六方介孔结构。最佳合成条件下,经800℃高温焙烧后的M-Al2O3比表面积仍高达230m2/g,孔容可达0.49cm3/g。2、以高比表面积M-Al2O3为催化剂载体,通过负载贵金属Pd制备PdO/M-Al2O3催化剂,考察了其对CH4燃烧活性和稳定性的影响。M-Al2O3负载PdO后的催化剂仍保持了良好的介孔孔道结构。在低温焙烧时,Pd物种主要以PdO颗粒形式高度分散在载体的介孔孔道内；随着焙烧温度的升高,Pd物种主要以晶相的Pd和PdO的混合形态存在。其中Pd/M-Al2O3(700)对CH4的催化氧化活性表现得最好,400℃时CH4转化率为91%。然而900℃焙烧的样品的转化率虽然降低但TOF值最大,这与Pd相和载体的相互作用及催化剂中同时存在金属Pd和PdO有关。3、采用碳模板法,结合气相氟化法,以M-Al2O3为原料,考察了氟化温度、氟化方式等对制备纯净的具有高比表面积的介孔β-A1F3的影响。结果发现,将合成M-Al2O3的模板剂P123碳化作为氟化模板剂和直接氟化两种方式进行氟化时,可控制氟化温度使之完全转化为β-A1F3,但产物比表面积较低,分别为17m2/g和60m2/g。以蔗糖为碳模板氟化后,β-A1F3的比表面积有一定的增大,然而孔结构在除掉模板之后发生坍塌,这可能是由于具有二维六方相结构的M-Al2O3自身在氟化后不能保持原有结构的缘故。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章文献综述  10-30
  1.1 介孔材料概述  10-11
    1.1.1 介孔材料简介  10-11
    1.1.2 介孔材料的分类  11
  1.2 M-AL_2O_3制备及应用  11-19
    1.2.1 M-Al_2O_3的制备方法  11-14
      1.2.1.1 溶剂热合成法  11-12
      1.2.1.2 溶胶-凝胶法  12
      1.2.1.3 碳模板法  12-13
      1.2.1.4 沉淀法  13-14
      1.2.1.5 微乳液法  14
    1.2.2 制备M-Al_2O_3的影响因素  14-15
    1.2.3 表征分析方法  15-18
      1.2.3.2 X-射线粉末衍射  15-16
      1.2.3.3 低温N_2吸附-脱附  16-17
      1.2.3.4 透射电镜  17
      1.2.3.5 热重及差热分析  17-18
    1.2.4 M-Al_2O_3的应用  18-19
      1.2.4.1 M-Al_2O_3在催化领域的应用  18
      1.2.4.2 M-Al_2O_3在吸附领域的应用  18-19
  1.3 PDO/AL_2O_3催化剂对CH_4活性研究  19-21
    1.3.1 CH4催化氧化反应的研究背景  19-20
    1.3.2 负载型贵金属催化剂  20-21
      1.3.2.1 Pd催化剂  20
      1.3.2.2 载体对Pd催化剂的影响  20-21
  1.4 ALF_3的结构及应用概述  21-27
    1.4.1 AlF_3的研究背景  21-22
    1.4.2 活性AlF_3的晶相结构特点  22-25
    1.4.3 AlF_3催化剂的制备方法  25
    1.4.4 介孔AlF_3研究现状  25-27
  1.5 课题的研究意义与研究内容  27-30
    1.5.1 课题意义及可行性  27-28
    1.5.2 课题研究内容  28-30
第二章实验部分  30-34
  2.1 催化剂的制备  30
    2.1.1 化学试剂  30
    2.1.2 制备过程仪器  30
  2.2 催化剂表征  30-32
    2.2.1 X-射线粉末衍射(XRD)  30-31
    2.2.2 比表面积的测定(BET)  31
    2.2.3 热重-差热分析(TG-DTA)  31
    2.2.4 透射电子显微镜(TEM)  31
    2.2.5 扫描电子显微镜(SEM)  31
    2.2.6 Pd分散度测定  31-32
    2.2.7 程序升温还原(H_2-TPR)  32
  2.3 CH_4反应活性评价  32-34
第三章介孔氧化铝(M-AL_2O_3)的合成及表征  34-44
  3.1 引言  34
  3.2 实验部分  34-35
    3.2.1 M-Al_2O_3的合成  34-35
    3.2.2 测试及表征  35
  3.3 结果与讨论  35-41
    3.3.1 模板剂用量的影响  35-36
    3.3.2 pH值的影响  36-37
    3.3.3 陈化温度的影响  37
    3.3.4 焙烧温度的影响  37-38
    3.3.5 XRD表征结果  38-39
    3.3.6 N_2气吸脱附表征  39-40
    3.3.7 TEM表征  40-41
  3.4 小结  41-44
第四章 PDO/M-AL_2O_3催化剂上CH_4催化氧化  44-52
  4.1 引言  44-45
  4.2 实验部分  45
    4.2.1 催化剂的制备  45
  4.3 结果与讨论  45-50
    4.3.1 XRD表征结果  45-46
    4.3.2 N_2吸附-脱附表征结果  46-47
    4.3.3 TEM表征结果  47-48
    4.3.4 催化剂的还原性能  48-49
    4.3.5 催化剂的CH_4氧化活性  49-50
  4.4 小结  50-52
第五章介孔ALF_3的制备及表征  52-62
  5.1 引言  52
  5.2 催化剂的制备  52-53
    5.2.1 介孔β-AlF_3的制备  52-53
  5.3 结果与讨论  53-60
    5.3.1 氟化温度对AlF_3晶型的影响  53-54
    5.3.2 浸渍KNO_3对除碳过程的影响  54-55
    5.3.3 氟化方式的影响  55-60
      5.3.3.1 直接碳化后氟化  55-57
      5.3.3.2 直接氟化(空白试验)  57
      5.3.3.3 蔗糖为碳模板的氟化(先氧化后碳化再氟化)  57-60
  5.4 小结  60-62
参考文献  62-71
作者简介、撰写和发表的文章目录  71-72
致谢  72-73

介孔Al_2O_3、AlF_3的制备和Pd/Al_2O_3催化剂的甲烷催化燃烧性能研究

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