高溫Pd基密偶催化劑用于汽車?yán)鋯?dòng)尾氣消除的研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)，汽車尾氣污染日益成為全球性問題。為了減少汽車尾氣污染，各國(guó)都制定了相關(guān)的排放法規(guī)，隨著超低排放和零排放的標(biāo)準(zhǔn)提出，傳統(tǒng)的三效催化劑已經(jīng)無(wú)法滿足要求。為了彌補(bǔ)三效催化劑的不足，科學(xué)家提出了密偶催化劑的概念。密偶催化劑安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣歧管處用以消除尾氣中燃燒不完全的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?。本文研究了高溫Pd基密偶催化劑應(yīng)用在汽車?yán)鋯?dòng)階段尾氣的消除。論文以傳統(tǒng)的Pd/Al2O3催化劑催化丙烷(C3H8)完全氧化為研究對(duì)象，考察了

2、助劑摻雜及助劑含量對(duì)催化劑性能的影響，并對(duì)貴金屬Pd的前驅(qū)體進(jìn)行了篩選。同時(shí)論文對(duì)Pd基密偶催化劑的抗硫能力，再生能力和抗水能力也進(jìn)行了研究。
　　 論文首先采用超聲輔助浸漬法在Pd/Al2O3催化劑中摻雜助劑Ce-Zr，并優(yōu)化了Ce-Zr的比例?；钚詼y(cè)試結(jié)果表明，摻雜助劑Ce-Zr后催化劑的活性和穩(wěn)定性均有明顯的提高。XRD表征結(jié)果證明，Ce-Zr能形成固溶體，對(duì)提高催化劑的活性和熱穩(wěn)定性均有正效應(yīng)。同時(shí)，從XRD表征結(jié)果也可

3、以看出，Ce-Zr固溶體的形成可以有效抑制載體和活性組分貴金屬的燒結(jié)。對(duì)助劑Ce-Zr比例的優(yōu)化結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ce/Zr=1:4時(shí)，載體中同時(shí)存在Ce-Zr固溶體和ZrO2的情況下，活性提升最明顯。H2-TPR表征結(jié)果表明，該催化劑中Pd物種還原溫度最低。
　　 確定助劑Ce-Zr比例后，考察了第三種助劑添加對(duì)催化劑性能的影響。采用超聲輔助浸漬法制備了一系列Pd/Ce-Zr-M/Al2O3(M=Y，Ca，Ba)催化劑。活性測(cè)試結(jié)果

4、顯示，摻雜Y的催化劑1100℃焙燒后活性最好。雖然該催化劑的比表面積比900℃焙燒的催化劑的比表面積有所減小，但XRD表征結(jié)果表明，助劑Y的摻雜能夠有效抑制貴金屬Pd的燒結(jié)，活性組分仍然能保持較小的顆粒。這與TPHD，CO-脈沖吸附及TEM表征結(jié)果一致。從上述表征結(jié)果推測(cè)出活性組分Pd顆粒的分散度越高，催化劑活性越好。當(dāng)催化劑焙燒溫度提高至1100℃時(shí)，活性組分Pd顆粒分散度下降，但催化劑活性卻反而有所升高。這可能是由活性相發(fā)生變化以及

5、活性組分與載體之間強(qiáng)相互作用所導(dǎo)致了的。XPS表征數(shù)據(jù)了證明，助劑Y的摻雜使得貴金屬Pd與催化劑載體的作用加強(qiáng)。結(jié)合XRD，H2-TPR和O2-TPD表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Pd與PdO的同時(shí)存在可能是導(dǎo)致C3H8氧化提高的原因，反應(yīng)活性的提升緣于Pd與PdO的協(xié)同效應(yīng)，該活性位對(duì)對(duì)活性增加有較大貢獻(xiàn)。證明了Y的摻雜對(duì)此體系是有正效應(yīng)的。
　　 對(duì)助劑Y的摻雜量進(jìn)行了對(duì)比和優(yōu)化。C3H8完全氧化活性測(cè)試結(jié)果表明，摻雜5％Y的催化劑1100

6、℃焙燒后活性最好。XRD，TPHD，O2-TPD，CO-脈沖吸附及TEM表征結(jié)果顯示該催化劑中Pd顆粒最小，分散度最高。經(jīng)過抗水性能測(cè)試后，其結(jié)果表明，同樣摻雜5％Y的催化劑其抗水性能較好，通水和停水后均能顯示較好的活性數(shù)據(jù)，其他催化劑由于分散度太低而導(dǎo)致羥基難以脫去而失活，本文根據(jù)抗水測(cè)試結(jié)果和Pd分散度的數(shù)據(jù)假設(shè)了四種機(jī)理。
　　 本文最后對(duì)不同貴金屬Pd的前驅(qū)體選擇進(jìn)行了初步研究。通過活性對(duì)比，發(fā)現(xiàn)以硝酸鈀為前驅(qū)體制得的催

7、化劑1100℃焙燒后活性最好，H2-TPR數(shù)據(jù)也顯示其還原峰溫度最低。結(jié)合已有的工作結(jié)論和XRD，TPHD，TEM和CO-脈沖吸附結(jié)果，我們得出使用硝酸鈀前驅(qū)體在焙燒后得到的催化劑中Pd物種的分散度最高。TPO結(jié)果顯示硝酸鈀前驅(qū)體制得的催化劑熱穩(wěn)定性比較好，冷卻時(shí)金屬Pd也能在較高溫度重新氧化為PdO，使催化劑的活性穩(wěn)定。
　　 經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)和表征，本文篩選出了具有良好高溫穩(wěn)定性和低溫活性的用以消除汽車?yán)鋯?dòng)排放尾氣消除的密偶