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铈锆氧化物固溶体因具有较好的储放氧能力及耐高温稳定性而作为汽车尾气净化三效催化剂的重要组成部分,并得到了广泛的应用。本文以LPG汽车尾气净化催化剂作为研究背景,重点研究高性能铈锆固溶体的制备和在LPG汽车尾气净化催化剂中的应用。
本文以尿素为沉淀剂通过水热均匀共沉淀法制备了一系列铈锆固溶体,研究了稀土添加剂、制备条件等对铈锆固溶体性能的影响,运用XRD、Raman、低温氮吸附、TG-DTA、SEM等对铈锆固溶体的形成、晶相结构、表面形貌及储氧性能等进行了研究,并利用H2-TPR对样品的氧化还原性能进行了评价。
结果表明,采用水热共沉淀法制备的铈锆固溶体CexZr1-xO2,在x=0.1~1.0范围内,得到了结构均一、高温稳定的单一晶相结构的铈锆固溶体。在x=1.0~0.8时为单一立方相晶相结构;在x=0.7~0.3时为过渡晶相结构t":在x=0.2~0.1时为单一四方相结构。研究发现,铈锆固溶体具有较高的比表面积,较好的分散性和氧化还原性能。
研究了镧、镨、钇等稀土元素对铈锆固溶体的改性作用,结果表明,三种稀土元素的添加明显地增加了铈锆固溶体的比表面积和热稳定性,其中添加镧的固溶体具有最好的效果。三种稀土元素对铈锆固溶体改性,均可降低固溶体的还原温度。
采用自制的铈锆固溶体为储氧材料制备了整体式LPG汽车尾气净化三效催化剂。通过对三效催化剂催化性能的考察可知,不同稀土改性的铈锆固溶体对三效催化剂的催化性能具有不同的影响。两次负载的贵金属催化剂比一次负载的贵金属催化剂性能要好,铂铑催化剂比钯铑催化剂对CO、HC和NOx具有更好的催化净化能力。在活性组分中添加了铈的三效催化剂对CO表现出了很好的催化净化能力。制备的三效净化催化剂经900℃老化后,仍能保持很好的三效催化性能,表明具有非常好的高温稳定性。