稀土钙钛矿催化剂上催化氧化NO的研究

来源 :中国科学院生态环境研究中心 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liqiusheng2009
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柴油机等稀燃发动机尾气排放中的氮氧化物(NOx)净化是一个尚未解决的世界性难题。在NOx去除催化剂之前组合NO氧化催化剂,往往能提高NOx去除效率。因此,开发高效廉价的NO氧化催化剂具有实际意义。   本论文中,在对国内外NO氧化研究详细总结的基础上,首次对稀土钙钛矿体系上的NO催化氧化反应进行了研究。通过对La1-xCexNiyCO1-yO3系列催化剂的活性评价,发现不同的A、B位元素掺杂对钙钛矿催化剂催化氧化NO的反应活性有较大影响。B位上Co的氧化活性好于Ni,Ni与Co同时存在时,并无协同作用;A位上,Ce的掺杂能大幅度提高LaCoO3钙钛矿的活性,当Ce的掺杂量为x=0.2时,其催化氧化效果最佳。当超过此量时,催化剂的活性反而会有一定程度的下降。通过BET、XRD、XPS、DRIFTS及TPD等研究手段,系统地研究了La1-xCexCoO3系列催化剂上的NO催化氧化反应的过程及机理。反应过程中,反应物O2和NO分别以表面吸附物种形式在催化剂表面发生氧化反应,脱附后释放NO2到气相中。催化剂表面吸附含氮物种包括单齿硝酸盐、桥式硝酸盐和连二次硝酸盐(N2O22-)。其中只有单齿硝酸盐能够脱附分解形成NO2,是表面的关键物种,其脱附温度越低,则催化剂的催化活性越高。适量Ce离子的掺杂,会一定程度上降低LaCoO3中Co离子的价态,提高了晶格氧流动性、表面氧活性以及降低了表面关键物种单齿硝酸盐的脱附温度,从而大幅度提高催化活性。而当Ce掺杂超过最佳量时,会使催化剂中产生较多的低活性CeOx和Co3O4相,并且由于A位大量空位,B位上Co离子价态回升,降低了表面吸附氧的浓度,从而了降低表面氧化能力,造成Ce加入量x=0.3,0.4时,催化活性的降低。   在此基础上,本论文还通过浸渍法将质量百分比为60%的LaCoO3钙钛矿催化剂负载于SBA-15载体上,并进行NO催化氧化反应活性测试。结果表明,负载后的钙钛矿催化剂活性明显提高。通过BET、XRD、SEM和TEM手段进行表征,发现由于催化剂进入载体孔道中,避免了钙钛矿的高温烧结,从而提高了催化剂的活性。
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