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Pd-V/γ-Al_2O_3-TiO_2催化剂上乙醇、乙醛、NOx同时催化净化研究

作　者: 杨梅
导　师: 李哲
学　校: 太原理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: Pd-V/γ-Al2O3-TiO2 乙醇乙醛 NOx 同时净化
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

乙醇作为车用燃料或燃料添加剂因其清洁和可再生性受到人们的广泛专注。目前我国已经制定了相关的规划,在部分地区开始推广乙醇汽油车。乙醇燃料车与汽油、柴油车相比,其排放的尾气中HC、CO和NOx含量较少,但未完全燃烧的乙醇及中间氧化产物乙醛的含量明显增加。这些化合物是环境污染和光化学烟雾形成的主要原因,直接危害人类健康。因此,对乙醇燃料车的尾气净化是一个急需解决的问题。由于乙醇燃料车尾气净化的对象主要是乙醇、乙醛等低分子含氧化合物,且尾气温度较低,所以要求净化催化剂具有良好的低温活性和深度氧化性能。本课题在前期工作的基础上,在以复合氧化物γ-Al₂O₃-TiO₂为载体,贵金属Pd为活性组分的催化剂上考察了乙醇、乙醛、NOx同时脱除情况,其催化活性较高,但反应过程中会产生大量的副产物,因此有必要在此基础上对催化剂做进一步的改善以获得更理想的催化剂。由于贵金属资源缺乏,价格昂贵,因此本论文以负载贵金属Pd质量分数1%为最大量限,添加第二组分来提高催化剂的低温活性和深度氧化性能。采用溶胶凝胶法制备了纳米γ-Al₂O₃-TiO₂复合催化剂载体,并用浸渍法制备了一系列含有过渡金属的催化剂,通过对乙醇、乙醛和NOx的催化活性评价,考察了不同钯含量、钒含量、载体制备方法、催化剂制备方法以及反应条件对催化性能的影响。同时借助XRD、BET和XPS等手段对载体及催化剂进行了表征,得到结论如下:1. Pd-V双组分催化剂在系列催化剂中具有最好的催化活性,其中V含量为1%时,该催化剂具有良好的同时净化乙醇、乙醛和NOx能力。在200℃下,空速为60000h-1时,Pd-V/Al₂O₃-TiO₂催化剂历经150小时未出现失活现象,乙醇和NOx的转化率分别在90%和92%左右。2.对Pd-V/Al₂O₃-TiO₂催化剂的制备方法进行了研究,发现溶胶凝胶+浸渍法制备的催化剂具有较好的催化性能,在250℃时,乙醇、乙醛和NOx的转化率分别达到100%、77.4%和98.7%。而机械混合法制备的催化剂活性最差,其原因是各组分不能混合均匀,整体协同作用无法发挥出来。3. XRD表征结果表明,溶胶凝胶法和共沉淀法制备的复合载体Al₂O₃-TiO₂,均保持着γ-Al₂O₃的形式,TiO₂以锐钛矿形式存在。其中,溶胶凝胶样品中TiO₂主要以表面富集的形式分散在γ-Al₂O₃表面,这有利于集二者优点于一体;共沉淀样品中TiO₂趋于整个体相均匀分散,这有利于相互作用后形成新的性能。V含量为1%时的Pd-V催化剂,V在其上处于单层分散且具有最大的比表面积。4.不同V含量催化剂的XPS表征结果表明,Pd-V/Al₂O₃-TiO₂催化剂具有高活性的原因是:V2Ox与其他组分之间的协同作用使V5+发生不完全还原,导致V4+的生成;引入适量的V,增强了Pd与载体之间的相互作用,Pd在催化剂表面上以Pd2+化合态存在,而不是Pd4+化合态。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-36
  1.1 引言  10-11
  1.2 乙醇燃料性质及应用  11-14
    1.2.1 乙醇燃料的理化及燃烧特性  11-13
    1.2.2 乙醇燃料的安全性  13-14
  1.3 乙醇燃料尾气排放机理及特点  14-16
    1.3.1 乙醇燃料车的尾气排放  14-15
    1.3.2 汽车使用乙醇燃料的方式  15-16
  1.4 乙醇燃料车尾气净化催化剂的研究进展  16-21
    1.4.1 贵金属与非贵金属催化剂  16-19
    1.4.2 含稀土氧化物的催化剂  19-21
  1.5 乙醇深度氧化机理及动力学的研究  21-27
    1.5.1 乙醇深度氧化机理  21-27
    1.5.2 乙醇动力学的研究  27
  1.6 论文的研究思路和主要内容  27-29
    1.6.1 论文思路  27-28
    1.6.2 主要内容  28-29
  参考文献  29-36
第二章实验部分  36-43
  2.1 实验仪器及化学试剂  36-37
    2.1.1 实验仪器  36
    2.1.2 化学试剂  36-37
  2.2 复合载体的制备  37-38
    2.2.1 溶胶凝胶法  37-38
    2.2.2 共沉淀法  38
  2.3 催化剂的制备  38-39
    2.3.1 单组分Pd 催化剂  38
    2.3.2 分步浸渍法制备双组分催化剂  38
    2.3.3 共浸渍法制备双组分催化剂  38-39
    2.3.4 Pd-V/Al_2O_3-TiO_2 催化剂  39
  2.4 催化剂活性评价  39-42
    2.4.1 活性评价装置  39-40
    2.4.2 产物分析方法  40-41
    2.4.3 实验操作步骤  41-42
  2.5 催化剂的表征  42
    2.5.1 X-射线衍射(X-Ray Diffraction, XRD)  42
    2.5.2 比表面和孔结构BET  42
    2.5.3 XPS 测试  42
  参考文献  42-43
第三章催化剂的筛选及活性评价  43-59
  3.1 引言  43-44
  3.2 凝胶法制备的复合载体Γ-AL_20_3-TI0_2  44-50
    3.2.1 Pd/Al_2O_3-TiO_2 系列催化剂上乙醇和NOx 同时催化净化性能  44-45
    3.2.2 Pd-M/Al_2O_3-TiO_2 系列催化剂上乙醇和NOx 同时催化净化性能  45-46
    3.2.3 不同V 含量的Pd-V/Al_2O_3-TiO_2 催化剂对乙醇和NOx 同时催化净化性能  46-48
    3.2.4 1% Pd-1%V/Al_2O_3-TiO_2 催化剂上乙醛和NOx 的同时净化性  48-49
    3.2.5 1% Pd-1%V/Al_2O_3-TiO_2 催化剂上乙醇、乙醛和NO_x 同时催化净化性  49-50
  3.3 共沉淀法制备的复合载体AL203-T102  50-54
    3.3.1 1% Pd-1%V/Al_2O_3-TiO_2(x%)催化剂上乙醇、NO_x 同时催化净化性  50-53
    3.3.2 1% Pd-1%V/Al_2O_3-TiO_2 上乙醇、乙醛和NO_x 同时催化净  53-54
  3.4 不同载体的催化剂对乙醇和NOX同时催化净化活性  54-55
  3.5 本章小结  55-58
  参考文献  58-59
第四章催化剂制备工艺优化及实验条件  59-84
  4.1 引言  59
  4.2 催化剂制备条件研究  59-71
    4.2.1 共浸渍时间的影响  60-61
    4.2.2 分步浸渍时间的影响  61-64
    4.2.3 分步浸渍与共浸渍方法的比较  64-65
    4.2.4 不同制备方法催化剂的催化活性  65-67
    4.2.5 空速的影响  67-69
    4.2.6 催化剂寿命实验  69-70
    4.2.7 乙醇进料浓度的影响  70-71
  4.3 催化剂性能表征  71-80
    4.3.1 不同V 含量催化剂的XRD 表征  71-72
    4.3.2 不同Ti 含量催化剂的XRD 表征  72-73
    4.3.3 共沉淀法制备的不同Ti 含量载体的催化剂表征  73-74
    4.3.4 不同制备方法催化剂的XRD 表征  74-75
    4.3.5 不同V 含量催化剂的BET 表征  75-76
    4.3.6 不同V 含量催化剂的XPS 表征  76-78
    4.3.7 不同制备方法催化剂的 XPS 谱图分析  78-80
  4.4 本章小结  80-83
  参考文献  83-84
第五章全文总结  84-86
  5.1 结论  84-85
  5.2 建议  85-86
致谢  86-87
攻读硕士学位期间发表的学术论文  87

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