柴油机凭借良好的动力性、经济性和耐久性等优点在各种动力装置、船舶和车辆上得到日益广泛的应用，但其排放的污染物对环境和人类健康带来了严重的危害。柴油机排放的主要污染物为碳烟和氮氧化物(NOx)，无法用传统的汽油机三效催化剂来消除，发展有效的柴油机尾气后处理控制技术迫在眉睫。 采用催化颗粒过滤器(CDPF)技术，降低燃烧温度，是控制柴油机碳烟排放的根本有效措施之一。催化剂的研究开发成为该技术的核心，在众多催化材料中，碱金属钾对催化碳烟燃烧具有较高的活性，日益受到人们的广泛关注；在催化剂载体中，具有层状结构的水滑石类材料性能优异，焙烧后制备的复合氧化物具有比表面积大、活性元素分布均匀、稳定性良好的优点，可用作良好的催化剂载体。本文以水滑石复合氧化物为载体，制备了负载碱金属钾的催化剂，研究了材料的理化性质，考察了碳烟和催化剂在松接触和紧接触两种条件下的燃烧特性，获得了具有良好碳烟燃烧性能的催化剂。 本文先采用XRD、粒度分析仪、氮气吸脱附和热重分析技术研究了碳烟颗粒的特征和燃烧特性。碳烟粒径主要分布在0.1-0.8μm范围内，集中于0.155μm左右；比表面积为93.50m2/g，具有强吸附能力。在空气气氛下，升温速率影响碳烟的燃烧行为：在升温速率为5℃/min时，碳烟起燃温度为527℃，而升温速率为50℃/min时达到645℃，而其起燃温度明显高于柴油车尾气的排放温度。采用Ozwa法计算碳烟非催化燃烧的活化能为140.28kJ/mol。 采用共沉淀法合成了镁铝水滑石，X射线衍射(XRD)与傅立叶红外(FTIR)分析结果证实了其水滑石结构，950℃焙烧后得到其复合氧化物。以碳酸钾为前驱体，通过浸渍法负载了不等量的钾，然后850℃焙烧得到一系列不同钾含量的镁铝水滑石复合氧化物。结果发现，850℃焙烧前样品的晶相主要为Mg(OH)2、尖晶石MgAl2O4以及少量恢复的水滑石，只有在钾负载量为15wt．％的样品中可以观察到明显的K2CO3相；850℃焙烧后，所有样品呈现以MgO型MgAlO和尖晶石型MgAl2O4为主的晶相，钾负载量为15wt．％的样品中的仍有K2CO3相残留。对焙烧后样品进行N2等温吸脱附测试，结果发现随钾含量增大，样品比表面积和孔体积明显下降而平均孔径增大。傅立叶红外(FTIR)和二氧化碳程序升温脱附(CO2-TPD)测试结果表明，钾增进了催化剂的碱性，从而促进了CO2的吸附。 采用程序升温氧化技术(TPO)测试了碳酸钾负载镁铝水滑石催化碳烟燃烧的活性。结果发现，钾的负载明显提高了催化剂的活性，这可能与钾对催化剂碱性的增强有关。当钾的负载量高于5wt.％时，钾含量的增加对催化剂活性的改善并不明显。对比催化剂在与碳烟不同接触条件下(松散接触和紧密接触)的活性，发现钾的负载明显减弱了对接触方式的敏感度，可归因于钾的负载导致的催化剂孔尺寸的增大。活性研究还发现，含钾催化剂中，碳烟燃烧过程中产生的CO2在钾位上发生吸附形成了羟基碳酸铝钾(KAl(CO3)(OH)2)以及其他类型碳酸盐，这些碳酸盐在高温发生分解。含钾催化剂在活性重复20次之后，起燃温度仅提高了28℃，表明含钾的催化剂具有较高的寿命。作为比较，本文研究了醋酸钾负载的镁铝水滑石复合氧化物。结果发现，以醋酸钾为前驱体的含钾催化剂的性质和催化碳烟燃烧的行为同以碳酸钾为前驱体的含钾催化剂类似，但是前者的催化活性略低于后者，表明碳酸钾更适合作为钾的前驱体。 本文还研究了NOx的傅立叶变换红外光谱定量分析技术。首先记录了NOx气体(包括N2O，NO2和NO)的标准谱图，寻找其特征峰，根据其特征峰强度对测量气体进行定量分析。结果发现，该技术的N2O定量分析结果较好，误差范围仅有3％，且不受NO2和NO的影响；但是由于NO2和NO的特征峰之间存在干扰，两者的分析误差较大，NO2误差在10％之内；NO的误差在19％左右。