铈锆铝复合氧化物的超临界抗溶剂法制备及其性能研究

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一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CH)和氮氧化物(NOx)作为汽车尾气主要污染成分对人体健康和环境的危害随着我国汽车保有量的增加而日益严重。铈锆复合氧化物作为有效的汽车尾气净化催化剂得到了广泛的应用,但是近年来日益严格的尾气排放标准对铈锆固溶体的储放氧性能和抗烧结性能提出了更高要求。CeO2-ZrO2-Al2O3复合氧化物因同时具有Al2O3较好的稳定性和CeO2-ZrO2较好的储放氧性能受到许多研究者的关注。本文采用超临界抗溶剂(SAS)法制备CeO2-ZrO2-Al2O3复合氧化物催化剂,同时对其储放氧性能进行研究,并结合相应的表征来揭示其构效关系。此外,本文还考察了SAS法制备的CeO2-ZrO2-Al2O3复合氧化物作为载体对负载型Pd催化剂结构和性能的影响。研究结果表明,采用超临界抗溶剂法能够成功制备纳米CeO2-ZrO2-Al2O3固溶体催化剂。当原料液中异丙醇铝、乙酰丙酮铈和乙酰丙酮锆的浓度分别为0.2wt%、0.25wt%和0.25wt%时,所制备的CeO2-ZrO2-Al2O3复合氧化物具有最好的储放氧性能,储氧量为122.0mmol-O2/molCeO2,相对于铈锆复合氧化物增长了41.77%。这是由于CeO2-ZrO2-Al2O3复合氧化物中氧空位和晶格缺陷浓度与催化剂的储放氧性能直接相关,而此时二者均达到最大。焙烧温度的考察结果表明,600℃时复合氧化物具有最佳的储放氧性能。这归因于焙烧温度可能引起的Al3+在表面和体相间的迁移改变了体相Al2O3与CeO2-ZrO2之间的相互作用。此外,相对于CeO2-ZrO2复合氧化物,Al2O3的掺杂在很大程度上提高了各焙烧温度下复合氧化物的储放氧性能。SAS法制备的CeO2-ZrO2-Al2O3固溶体因能增加Al2O3与CeO2-ZrO2之间的相互作用,使得复合氧化物的储放氧性能和抗烧结性能都有了较大的提高。此外,SAS法CeO2-ZrO2-Al2O3作为载体能够增加活性组分Pd与载体的相互作用,使得PdO的还原温度为125℃,耗氢量为448.3μmol/g。该载体在提高负载型Pd催化剂Pd/CeO2-ZrO2-Al2O3的催化活性上有一定的优势,低空速下250℃时CO转化率可接近100%,低温活性和单位比表面积上的催化活性均较好,而且增大空速后其活性优势更加明显。这可归因于载体中Al2O3与CeO2-ZrO2较强的相互作用以及活性组分Pd与载体CeO2-ZrO2-Al2O3间较强的相互作用的协同效应。
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