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负载型Ru、Rh催化剂催化一氧化二氮分解的研究

作　者: 匡伟伟
导　师: 沈伟
学　校: 复旦大学
专　业: 物理化学
关键词: N2O催化分解 硝酸生产 工业尾气 钌催化剂 铑催化剂 金属修饰
分类号: O643.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


本文采用气固相固定床反应器,以钌、铑为催化剂对一氧化二氮催化分解反应进行了研究。通过改变助催化剂种类、催化剂载体以及碱金属修饰以调变催化剂的性能,并从活性金属分散度以及载体表面酸性的角度研究了催化剂一氧化二氮催化分解活性的规律。MOx氧化物对Ru分散度及N2O催化分解活性的影响以Ru、Rh为催化剂,通过浸渍手段将Zr引入SBA-15和氧化铝作为催化剂载体制备负载型Ru、Rh催化剂并应用于N2O催化分解。结构分析表明,适当量的Zr修饰能够改善Ru、Rh在SBA-15载体上的分散程度,过量负载的ZrO2会引起孔径变小、孔道堵塞等问题继而不利于催化活性。Zr修饰后的氧化铝,其表面不利于Ru和Rh的分散,分散状态的差别在N2O催化分解活性上得到了直接的体现,SBA-15载体上,Ru、Rh催化剂的活性得到很大提高,T50分别为592K和640K,与Zr修饰前相比均有50K以上的降低。而氧化铝载体上,少量Zr的加入即对催化剂活性产生不利影响,载量越大活性越低,分散状态的差异是影响催化活性的重要因素。后续的研究发现,SBA-15载体上,适当修饰量的Zn和Ce等过渡金属元素也有助于催化剂N2O分解活性的提高,5%ZnO和10%CeO2负载量时活性最好,T50分别为630K和609K。载体表面酸性对Ru催化剂N2O催化分解活性的影响以Ru/SBA-15催化剂为主要研究对象,通过Al和K等元素的修饰,改变催化剂的表面酸性以考察催化剂表面酸性对Ru催化剂活性的影响。研究发现,Al修饰能够有效增强SBA-15催化剂的表面酸性,并提高Ru/SBA-15催化剂的活性,623 K时N2O转化率由6%提高到86%,而K修饰则会中和催化剂的表面酸性并抑制催化剂活性,少量K的引入即使得催化剂活性降低到Al修饰前的水平,催化剂表面酸性的增强是催化活性得以提高的原因。此外,在ZSM-5和氧化铝为载体的催化剂上,也观察到载体表面酸性差异引起的催化剂活性差别。Na型ZSM-5交换成H型能够有效的提高Ru/ZSM-5的活性,相对于L酸位而言,B酸位对Ru/ZSM-5活性的提高起主要作用。而在氧化铝载体上,碱性金属的修饰减弱了其表面酸性,不利于N2O催化分解活性。以上三种载体,表面酸性的增强均有利于提高催化剂活性,酸性对N2O催化分解的促进作用可能是源于酸性位对于N-O键的活化过程以及修饰过程引起的表面电负性、竞争吸附等表面性质或过程的改变。

全文目录


目录  3-5
摘要  5-7
Abstract  7-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 N_2O催化分解研究进展  9-16
    1.1.1 简介  9-10
    1.1.2 N_2O催化分解概述  10
    1.1.3 N_2O催化分解机理  10-11
    1.1.4 N_2O催化分解常用催化剂  11-15
    1.1.5 硝酸生产工业尾气中N_2O的催化分解  15-16
  1.2 本文的研究目的选题思想及目标  16
  参考文献  16-19
第二章 实验部分  19-25
  2.1 试剂和药品  19-20
  2.2 催化剂制备  20-21
    2.2.1 催化剂载体的制备  20
    2.2.2 催化剂的主要制备方法  20-21
  2.3 样品的表征  21-23
    2.3.1 X射线荧光(XRF)  21
    2.3.2 氮吸附测试  21-22
    2.3.3 X射线粉末衍射(XRD)  22
    2.3.4 透射电子显微镜(TEM)  22
    2.3.5 吡啶吸附脱附傅立叶变换红外(FT-IR)  22-23
  2.4 活性评价  23-25
    2.4.1 反应装置及催化反应  23-24
    2.4.2 产物分析  24
    2.4.3 计算公式  24-25
第三章 负载型Ru、Rh催化剂N_2O催化分解活性的研究  25-35
  3.1 催化剂制备与表征  25-29
    3.1.1 催化剂制备  26
    3.1.2 催化剂物理性质表征  26-29
  3.2 N_2O催化分解活性研究  29-32
    3.2.1 负载型Ru、Rh催化剂N_2O催化分解活性研究  29-31
    3.2.2 其它载体负载的Ru催化剂N_2O催化分解活性研究  31-32
  3.3 本章小结  32-33
  参考文献  33-35
第四章 MO_x氧化物对Ru分散度及N_2O催化分解活性的影响  35-50
  4.1 催化剂制备与表征  35-42
    4.1.1 催化剂制备  36
    4.1.2 催化剂物理性质表征  36-42
  4.2 N_2O催化分解活性  42-47
    4.2.1 Zr对SBA-15负载的Ru、Rh催化剂N_2O分解活性的影响  42-43
    4.2.2 Zr对Al_2O_3负载的Ru、Rh催化剂N_2O分解活性的影响  43-45
    4.2.3 Zn、Ce对Ru/SBA-15催化剂N_2O分解活性的影响  45-47
  4.3 本章小结  47
  参考文献  47-50
第五章 载体表面酸性对催化剂活性的影响  50-68
  5.1 催化剂制备与表征  50-60
    5.1.1 催化剂制备  50-51
    5.1.2 催化剂物理性质表征  51-60
  5.2 催化剂活性测试  60-64
    5.2.1 Al以及K修饰的Ru/SBA-15催化剂N_2O催化分解活性测试  60-61
    5.2.2 碱金属修饰浓度对Ru/Al-SBA-15催化剂N_2O催化分解活性影响  61-63
    5.2.3 Na交换对Ru/ZSM-5催化剂N_2O催化分解活性的影响  63-64
    5.2.4 Ru/M-Al_2O_3催化剂N_2O催化分解活性测试  64
  5.3 本章小结  64-65
  参考文献  65-68
论文总结  68-70
论文发表情况  70-71
致谢  71-72

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化
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