论文部分内容阅读
当前,由于页岩气、可燃冰开采技术的不断成熟以及天然气低污染的优势,世界范围内天然气汽车的数量迅猛增加。然而,由于天然气中主要成分甲烷的温室效应是同等体积二氧化碳的22倍,因此天然气汽车废气中未燃烧的甲烷会造成严重的温室效应。甲烷催化燃烧过程可以在有效减少甲烷的排放,实现减小温室效应的同时降低能源损耗,对于保护环境和高效利用能源具有重要意义。由于CH4传统火焰燃烧反应会产生1300℃左右的高温,在此条件下空气中的N2会与02发生反应产生污染物NOx,因此研究催化剂在低温区域(300℃～500℃)的催化活性就显得尤为重要。本研究采用了 3种制备方法,制备了不同的Pd基催化剂。首先采用沉淀法,加入不同的金属前驱体,制备了不同金属插层的Pd/MaMgbA1c-LTHs催化剂。其次以CC14作为抽提剂,NH3为原料气,对商业α-SiC进行了表面碳化及表面N掺杂,获得了表面改性的Pd/C-SiC、Pd/N-C-SiC催化剂。最后,以蒸发诱导自组装(EISA)法合成了有序介孔结构的PdO/A12O3体系。另一方面,通过N2吸附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、和氢气程序升温还原(H2-TPR)等表征手段对上述催化剂进行结构分析,.研究了 CH4催化燃烧中Pd基催化剂性能优异的内在原因。所得主要结论如下:1.通过沉淀法,制备了活性组分Pd负载量为1%的Pd/Co2Mg1A11-LTHs、Pd/Ni2Mg1A11-LTHs 和 Pd/Fe2Mg1A11-LTHs 催化剂,并考察了其CH4催化燃烧性能。结果显示,Pd/Co2Mg1A11-LTHs催化剂表现出优异的活性和稳定性。N2吸附和TEM等表明,Pd/Co2Mg1A11-LTHs催化剂的比表面积最高,活性组分Pd与Co-Mg-A1载体作用力强,提高了金属Pd的分散度。同时C02-TPD显示出Pd/Co2Mg1A11-LTHs的碱性强度高于Pd/Ni2Mg1A11-LTHs和Pd/Fe2Mg1A11-LTHs催化剂,这也是该催化剂活性更好的原因之一。2.商业化α-SiC经表面修饰得到的C-SiC和N-C-SiC比表面积增大。在此基础上通过简单浸渍法得到Pd/N-C-SiC、Pd/C-SiC、Pd/SiC催化剂,其活性顺序为Pd/N-C-SiC>Pd/C-SiC>Pd/SiC。通过分析对比得知,对SiC表面碳化1 h、N掺杂时间为1 h,制得的Pd/N-C-SiC催化剂甲烷催化燃烧活性最佳。N2吸附、XRD和TEM等表征发现活性的提高是由于C-SiC和N-C-SiC载体上PdO粒径更小,分散性更好。3.在800 ℃焙烧的条件下,以EISA法制备了有序介孔A1203载体,并分别以一步法和浸渍法负载了 1%的Pd,得到了 Pd/A1203-0和Pd/A1203-I催化剂,并对比了甲烷催化燃烧的活性差异。对Pd/A1203-I催化剂进行了 10 h稳定性测试,显示结果显示其具有很好的稳定性。N2吸附、XRD和H2-TPR等结果表明A1203具有规则的孔道结构,Pd颗粒在载体表面得到了均匀的分散,且与载体间形成了较强的相互作用。