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关键词：
常压,丙三醇,丙酮醇,1,2-丙二醇,脱水,加氢,铜基催化剂,镍基催化剂
发表时间：
2012-07-12 16:00:40
不同碱土金属掺杂对Rh_Ce_0_35_Z_省略__La_Al_2O_3三效催化
张宇鹏 | -> | 677| 0| 0.824843MB |贵金属,三效催化剂,碱土金属,起燃温度,储氧量
摘要：采用共沉淀法制备了不同碱土金属掺杂的 Ce0.35Zr0.55M0.10O1.90 (CZM; M = Mg, Ca, Sr 或 Ba) 固溶体, 并采用 N2 吸附-脱附、储氧量测定、程序升温还原和 X 射线衍射对其进行了表征. 以 CZM 和 La-Al2O3 为载体, 制备了负载型低贵金属 Pt-Rh 三效催化剂, 并考察了其催化活性. 结果表明, 经 600 oC 焙烧 5 h 后, CZCa 样品的比表面积为 109 m2/g, 经 1 000 oC 老化 5 h 后仍有 47 m2/g.所有新鲜样品均具有较低的还原温度和良好的还原性能. 老化后的 CZCa 仍具有较好的还原性能和较高的储氧量. 在 600 oC 下焙烧的样品均为立方晶相; 经 1 000 oC 老化 5 h 后, 只有 CZMg 发生相分离, 其余样品仍为稳定的立方晶相. 活性测试结果表明,所有新鲜催化剂均具有良好的低温起燃性能; 经 1 000 oC 水热老化 5 h 后, 含有 CZCa 的催化剂仍具有较低的起燃温度, 表现出优异的抗老化性能.
铈基材料是三效催化剂 (TWC) 中重要的组成部分, 起着储存/释放氧、提高贵金属的分散度以及
促进水气转化和蒸气重整反应等作用[1]. 在 CeO2 材料中加入 Zr, 可提高铈基材料的储氧性能和抗老化性能[2]. 然而, 随着排放法规的日益严格, 对于催化剂低温活性和高温抗老化性能的要求越来越高. 在Ce-Zr 材料中添加 Y3+, La3+和 Nd3+等离子时, 由于掺杂离子与 Zr4+的半径及其所带电荷不同, 容易产生晶格缺陷和氧离子空穴, 从而提高材料的抗老化性能, 增强氧离子的移动性[3~6].
最近, An 等[7]发现, 由于合适的离子半径以及对材料结构的修饰, Ca 的掺杂有效提高了 Ce-Zr 材料中氧离子的移动性和储氧性能. Zhao 等[8]将 Sr 添加到 Ce-Zr 中, 明显改善了所制备材料的结构, 增强了体相氧离子的移动性. 张培壮等[9]用高分子前驱体法制备了纳米 Ce-Zr-Ba-O 复合氧化物, 发现它具有较高的催化 CO 氧化反应活性. Fernández-García等[10]的研究也表明, 在 Ce-Zr 中添加 Ca 能增加表面和体相氧离子的扩散. Chen 等[11]采用高分子表面活性剂修饰法制备了 Ce-Zr-Ba 纳米粉末, 发现该材料具有较高的热稳定性、较大的比表面积以及良好的催化 CO 氧化性能. Yue 等[12]研究发现, 碱土金属的添加提高了催化剂催化甲烷燃烧的低温活性. Basile等[13]研究了 Mg, Ca 或 Ba 的添加对 Pt 催化剂上 NOx储存和还原能力的影响. 结果发现, Mg 和 Ba 掺杂的
Pt/Al2O3 催化剂具有最高的活性和最佳的抗 SO2 中毒性能. Lin 等[14]对比了不同碱土金属和稀土金属对 Pt-Al2O3 催化剂的 NOx 储存和还原能力的影响, 发现同时添加 Ce 和 Ba 的催化剂性能最佳. 但是, 有关碱土金属的掺杂对低贵金属 Pt-Rh 三效催化剂的影响的报道很少. 本课题组曾在低贵金属 Pt-Rh 型三效催化剂中添加 BaO, 发现添加方式直接影响催化剂的活性; 特别是 Ba, Ce 和 Zr 以共沉淀的方式形成CeO2-ZrO2-BaO 固溶体, 可以促进低温时的水气转换反应, 显著降低了催化剂的起燃温度[15].
基于此, 本文采用共沉淀法制备了不同碱土金属掺杂的 Ce-Zr 储氧材料, 研究了它们的结构、储氧性能和还原性能, 并以其为载体, 制备了负载型低贵金属 Pt-Rh 三效催化剂, 考察了催化剂的催化性能.
促进水气转化和蒸气重整反应等作用[1]. 在 CeO2 材料中加入 Zr, 可提高铈基材料的储氧性能和抗老化性能[2]. 然而, 随着排放法规的日益严格, 对于催化剂低温活性和高温抗老化性能的要求越来越高. 在Ce-Zr 材料中添加 Y3+, La3+和 Nd3+等离子时, 由于掺杂离子与 Zr4+的半径及其所带电荷不同, 容易产生晶格缺陷和氧离子空穴, 从而提高材料的抗老化性能, 增强氧离子的移动性[3~6].
最近, An 等[7]发现, 由于合适的离子半径以及对材料结构的修饰, Ca 的掺杂有效提高了 Ce-Zr 材料中氧离子的移动性和储氧性能. Zhao 等[8]将 Sr 添加到 Ce-Zr 中, 明显改善了所制备材料的结构, 增强了体相氧离子的移动性. 张培壮等[9]用高分子前驱体法制备了纳米 Ce-Zr-Ba-O 复合氧化物, 发现它具有较高的催化 CO 氧化反应活性. Fernández-García等[10]的研究也表明, 在 Ce-Zr 中添加 Ca 能增加表面和体相氧离子的扩散. Chen 等[11]采用高分子表面活性剂修饰法制备了 Ce-Zr-Ba 纳米粉末, 发现该材料具有较高的热稳定性、较大的比表面积以及良好的催化 CO 氧化性能. Yue 等[12]研究发现, 碱土金属的添加提高了催化剂催化甲烷燃烧的低温活性. Basile等[13]研究了 Mg, Ca 或 Ba 的添加对 Pt 催化剂上 NOx储存和还原能力的影响. 结果发现, Mg 和 Ba 掺杂的
Pt/Al2O3 催化剂具有最高的活性和最佳的抗 SO2 中毒性能. Lin 等[14]对比了不同碱土金属和稀土金属对 Pt-Al2O3 催化剂的 NOx 储存和还原能力的影响, 发现同时添加 Ce 和 Ba 的催化剂性能最佳. 但是, 有关碱土金属的掺杂对低贵金属 Pt-Rh 三效催化剂的影响的报道很少. 本课题组曾在低贵金属 Pt-Rh 型三效催化剂中添加 BaO, 发现添加方式直接影响催化剂的活性; 特别是 Ba, Ce 和 Zr 以共沉淀的方式形成CeO2-ZrO2-BaO 固溶体, 可以促进低温时的水气转换反应, 显著降低了催化剂的起燃温度[15].
基于此, 本文采用共沉淀法制备了不同碱土金属掺杂的 Ce-Zr 储氧材料, 研究了它们的结构、储氧性能和还原性能, 并以其为载体, 制备了负载型低贵金属 Pt-Rh 三效催化剂, 考察了催化剂的催化性能.
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