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关键词：
铂,锡,碱金属钾,长链烷烃,脱氢,酸性,积炭
发表时间：
2012-07-11 17:18:23
Fe_Ce_xZr_0_9_x_La_0__省略__2O_3整体式催化剂上的甲烷
高生旭 | -> | 808| 0| 847.193MB |铁基整体式催化剂,甲烷,催化燃烧,氧化铈,氧化锆,氧化镧,氧化铝,储氧材料
摘要：采用共沉淀法制备了一系列 CexZr0.9-xLa0.1O1.95-Al2O3 储氧材料 (其中 CexZr0.9-xLa0.1O1.95 与 Al2O3 的质量比为 1; x = 0, 0.3,0.5, 0.7 和 0.9), 以其为载体, 制备了一系列负载铁基整体式催化剂. 考察了该系列催化剂催化甲烷燃烧反应性能, 并用低温 N2 吸附-脱附、储氧能力测试、X 射线衍射和 H2 程序升温还原等手段对载体和催化剂进行了表征. 活性测试结果表明, 当 x = 0.7 时, 催化剂活性最高, 可在 V(CH4) = 1% 和 50 000 h−1 条件下使甲烷 465 oC 起燃, 615 oC 完全转化. CexZr0.9-xLa0.1O1.95-Al2O3 样品同时具有较高的储氧能力、较高的比表面积和抗热老化能力. 当 x = 0.5 和 0.7 时, 催化剂载体以 CeZrLaAlO 固溶体存在, 抗老化能力最好,且 x = 0.7 时, 催化剂最易被还原.
甲烷储藏量丰富, 热值较高, 是一种清洁能源.有关稀薄甲烷燃烧的研究在节能和贫燃天然气汽车
尾气净化等领域具有重要意义, 因而甲烷燃烧催化剂一直是研究的热点. 一个好的催化剂应能在高空
速、低温下实现对低浓度甲烷的完全转化, 且具有热稳定性. 贵金属催化剂活性较高, 但耐热性较差, 易烧结, 价格昂贵[1,2]. 因此, 过渡金属氧化物催化剂逐渐受到人们的关注[3~5]. 其中氧化铁价廉易得, 对CO2 的选择性较高[6], 且不易烧结[7]. 目前, 以氧化铁为主要活性组分的甲烷燃烧催化剂的研究主要集中在颗粒式钙钛矿型催化剂[8,9]和颗粒式六铝酸盐型催化剂[10,11]; 也有人将氧化铁只作为助剂使用[12,13].有关负载型 Fe 基整体式催化剂的研究不多[14,15].
近 年 来, CeO2-ZrO2 固溶体储氧材料备受关注[16~18]. 研究表明, 在CeO2-ZrO2 固溶体中掺杂 La3+,Ba2+, Y3+, Pr3+, Sm3+ 或 Nd3+ 等离子构成的三组分或四组分储氧材料, 具有优良的低温储氧性能以及耐高温高比表面积等特点[19,20]. CeO2-ZrO2 固溶体作为载体, 不仅能高度分散活性组分, 还能提高催化剂的活性. Primavera 等[21]发现, CeO2-ZrO2 可促进 O 向 Pd的传递, 并可抑制 PdO 向 Pd 的转变. Bozo 等[22]的研究表明, Pt/Ce0.67Zr0.33O2 的活性要比 Pt/Al2O3 高得多.
但 CeO2-ZrO2 固溶体的高温稳定性差, 不能在 1 000oC 以上使用. 为了提高 CeO2-ZrO2 复合氧化物的织构稳定性, 可加入具有大比表面积的 Al2O3 而制得CeO2-ZrO2-Al2O3 复合氧化物, 该氧化物兼具储氧材料和 Al2O3 的优点, 既具有较高的储氧能力, 又具有较大的比表面积和较高的抗热老化能力, 并且 ZrO2可有效阻止 CeO2 和 Al2O3 的相互作用, 从而抑制具有破坏作用的 CeAlO3 相生成[23]. 近来, Yue 等[24,25]以改性后的 CeO2-ZrO2-Al2O3 复合氧化物为载体, 负载贵金属后制得的催化剂对甲烷燃烧具有较高的催化活性. 然而, 将非贵金属负载在 CeO2-ZrO2-Al2O3 复合氧化物上用于甲烷催化燃烧的研究不多.
本文以 CexZr0.9-xLa0.1O1.95-Al2O3 储氧材料为载体, 以 Fe2O3 (担载量为 8% 时最佳[26]) 为活性组分制备了一系列负载型 Fe 基整体式催化剂, 考察了其催化甲烷燃烧反应性能, 并用 N2 吸附-脱附、储氧能力(OSC) 测定、X 射线衍射 (XRD) 和 H2 程序升温还原(H2-TPR) 等手段对载体和催化剂进行了表征.
尾气净化等领域具有重要意义, 因而甲烷燃烧催化剂一直是研究的热点. 一个好的催化剂应能在高空
速、低温下实现对低浓度甲烷的完全转化, 且具有热稳定性. 贵金属催化剂活性较高, 但耐热性较差, 易烧结, 价格昂贵[1,2]. 因此, 过渡金属氧化物催化剂逐渐受到人们的关注[3~5]. 其中氧化铁价廉易得, 对CO2 的选择性较高[6], 且不易烧结[7]. 目前, 以氧化铁为主要活性组分的甲烷燃烧催化剂的研究主要集中在颗粒式钙钛矿型催化剂[8,9]和颗粒式六铝酸盐型催化剂[10,11]; 也有人将氧化铁只作为助剂使用[12,13].有关负载型 Fe 基整体式催化剂的研究不多[14,15].
近 年 来, CeO2-ZrO2 固溶体储氧材料备受关注[16~18]. 研究表明, 在CeO2-ZrO2 固溶体中掺杂 La3+,Ba2+, Y3+, Pr3+, Sm3+ 或 Nd3+ 等离子构成的三组分或四组分储氧材料, 具有优良的低温储氧性能以及耐高温高比表面积等特点[19,20]. CeO2-ZrO2 固溶体作为载体, 不仅能高度分散活性组分, 还能提高催化剂的活性. Primavera 等[21]发现, CeO2-ZrO2 可促进 O 向 Pd的传递, 并可抑制 PdO 向 Pd 的转变. Bozo 等[22]的研究表明, Pt/Ce0.67Zr0.33O2 的活性要比 Pt/Al2O3 高得多.
但 CeO2-ZrO2 固溶体的高温稳定性差, 不能在 1 000oC 以上使用. 为了提高 CeO2-ZrO2 复合氧化物的织构稳定性, 可加入具有大比表面积的 Al2O3 而制得CeO2-ZrO2-Al2O3 复合氧化物, 该氧化物兼具储氧材料和 Al2O3 的优点, 既具有较高的储氧能力, 又具有较大的比表面积和较高的抗热老化能力, 并且 ZrO2可有效阻止 CeO2 和 Al2O3 的相互作用, 从而抑制具有破坏作用的 CeAlO3 相生成[23]. 近来, Yue 等[24,25]以改性后的 CeO2-ZrO2-Al2O3 复合氧化物为载体, 负载贵金属后制得的催化剂对甲烷燃烧具有较高的催化活性. 然而, 将非贵金属负载在 CeO2-ZrO2-Al2O3 复合氧化物上用于甲烷催化燃烧的研究不多.
本文以 CexZr0.9-xLa0.1O1.95-Al2O3 储氧材料为载体, 以 Fe2O3 (担载量为 8% 时最佳[26]) 为活性组分制备了一系列负载型 Fe 基整体式催化剂, 考察了其催化甲烷燃烧反应性能, 并用 N2 吸附-脱附、储氧能力(OSC) 测定、X 射线衍射 (XRD) 和 H2 程序升温还原(H2-TPR) 等手段对载体和催化剂进行了表征.
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