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大气中的氮氧化物(NOx,主要为NO和NO2)是酸雨、光化学烟雾和灰霾等环境污染现象发生的重要前体污染物,而柴油车尾气排放已成为NOx污染的重要来源。柴油车尾气中氧气绝对过量的特征加大了将NOx还原为N2的难度,使得通过还原剂添加选择性催化还原NOx(SCR)技术成为一种的可行技术路线。以车载燃油为还原剂来源的碳氢选择性催化还原NOx技术(HC-SCR)是柴油车尾气后处理的理想目标。本论文以正十二烷(n-C12H26)模拟车载燃油,利用催化重整技术同时制备小分子碳氢化合物(HC)和H2,为后置的银/氧化铝(Ag/Al2O3)这一具有实际应用前景的HC-SCR催化剂同时提供NOx还原所需的还原剂和反应助剂,以期弥补柴油直接为还原剂时NOx净化效率低和稳定性差的缺陷。
分别以La2O2CO3、CeO2、ZrO2和Al2O3为载体,浸渍法负载5wt%Ni作为正十二烷重整反应的催化剂。研究表明,随着重整催化剂氧化还原性能的增强,重整反应产物中H2浓度增加,可参与SCR反应的HCs含量随之减少。H2的形成及其浓度的增加导致后置SCR催化剂上NOx净化活性温度窗口向低温移动,而HCs含量的减少致使NOx最高转化率降低。Ni/ZrO2+Ag/Al2O3耦合催化体系中因H2及HCs浓度符合SCR反应所需的最佳比例,在柴油车的典型排气温度范围内表现出良好的NOx净化能力。
采用尿素均匀沉淀法制备了LaxCe(1-x)O2-δ(x为La/(La+Ce)的摩尔比例,x=0.1、0.3、0.5、0.7)复合型氧化物。XRD、Raman表征结果表明,La3+离子进入了CeO2晶格并与其形成了La-Ce固溶体。H2-TPR结果显示,La/Ce比例的调变显著影响了Ni/LaxCe(1-x)O2-δ重整催化剂的氧化还原能力,使其呈现出不同的抗积碳能力。与Ni/La2O2CO3(或Ni/CeO2)+Ag/Al2O3相比,Ni/La0.3Ce0.7O2-δ催化剂参与耦合反应时,NOx净化活性温度窗口及其最高转化率显著变宽、增大;La/Ce比例、Ni负载量优化结果显示,5%Ni/La0.3Ce0.7O2-δ+Ag/Al2O3组合体系的NOx净化效率与抗积碳能力最优。
以La0.3Ce0.7O2-δ为载体连续浸渍负载Ni和Rh制备双活性组分重整催化剂,贵金属Rh的存在明显增强了重整催化剂的低温氧化还原性能,从而对重整-SCR体系净化NOx的低温活性与温度窗口产生明显影响,并增强了催化剂在重整反应中的稳定性;0.25%Rh-5%Ni/La0.3Ce0.7O2-δ+Ag/Al2O3耦合体系净化NOx的低温活性最高,活性温度窗口最宽。