發(fā)布時(shí)間：2017-08-03 12:22

  本文關(guān)鍵詞：高熱穩(wěn)定摻雜有序介孔氧化鋁的合成及應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 有序介孔氧化鋁 摻雜 溶膠凝膠法 熱穩(wěn)定性 催化活性

【摘要】：隨著汽車尾氣污染的日益嚴(yán)重和尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,用于汽車尾氣凈化的催化劑需要有更才的使用壽命、更低的排放限值和更高的催化活性。目前,催化劑的主要載體為γ-Al_2O_3,γ-Al_2O_3在催化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用是基于Y氧化鋁優(yōu)異的表面酸堿性和高的比表面積。而在汽車尾氣凈化催化劑的實(shí)際應(yīng)用中,其往往要在1000℃以上工作,γ-Al_2O_3載體在這樣條件下會(huì)發(fā)生高溫?zé)Y(jié)和相變,生成α-Al_2O_3,其比表面積和孔容顯著降低,使得表面負(fù)載的活性貴金屬組分聚集燒結(jié),催化劑活性降低,達(dá)不到排放要求。有序介孔氧化鋁(OMA)具有孔道結(jié)構(gòu)排列有序、孔尺寸大、比表面積高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于吸附劑和催化劑的載體。高比表面積、大孔徑和高熱穩(wěn)定的OMA可以減少氧化鋁相鄰顆粒之間的羥基縮合作用,進(jìn)而抑制α-Al_2O_3的成核化,有效地降低其燒結(jié)和高溫相變行為。目前,有序介孔氧化鋁的合成方法主要包括溶膠凝膠法和納米鑄造法。相比納米鑄造法溶膠凝膠法操作更加簡(jiǎn)便。因此,本文將采用溶膠凝膠法,通過(guò)元素?fù)诫s和擴(kuò)孔的方法來(lái)合成出具有大孔徑、高比表面積高熱穩(wěn)定的OMA,并以其為載體,采用浸漬法制備出負(fù)載Pd的催化劑,考察其對(duì)HCx、CO、NOx氣體凈化作用的性能,為制備出對(duì)汽車尾氣排放的HCx、 CO、NOx等污染物具有高催化活性的催化劑提供參考數(shù)據(jù)。主要的研究工作如下：1.在以P123為模板劑,HCl為酸度調(diào)節(jié)劑的溶膠凝膠體系中,改進(jìn)合成方法合成Si摻雜OMA,考察硅的摻雜量和鋁源的添加方式對(duì)OMA穩(wěn)定性的作用。優(yōu)化合成條件,合成出大孔徑、高比表面積熱穩(wěn)定的OMA。2.在溶膠凝膠體系中加入硼酸(HBO_3)合成出硼摻雜OMA,考察硼的摻雜量對(duì)OMA的孔結(jié)構(gòu)、相變溫度的影響。并在此基礎(chǔ)上,加入不同擴(kuò)孔劑(尿素和碳酸氫銨),考察不同的擴(kuò)孔劑對(duì)OMA孔結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響。3.在溶膠凝膠體系中加入硝酸鎂合成出高熱穩(wěn)定鎂摻雜OMA,考察鎂的摻雜對(duì)OMA孔結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響。比較其與摻雜硅和硼的OMA性能的差異。為設(shè)計(jì)合成大孔徑和高熱穩(wěn)定性的OMA提供思路。4.以上述合成出的OMA為載體,通過(guò)浸漬法合成出負(fù)載Pd的催化劑,研究其對(duì)HCx、CO、NOx的凈化作用。通過(guò)以上內(nèi)容的研究,得到的研究結(jié)果如下：(1)在溶膠凝膠體系中添加低溫下容易脫除的醋酸為界面保護(hù)劑,采用間歇加入異丙醇鋁方法可調(diào)控其水解縮合速率,提高所合成產(chǎn)物的有序度和熱穩(wěn)定性。當(dāng)硅的摻雜量為20 Wt%f時(shí),所合成的樣品經(jīng)過(guò)1100℃的焙燒仍然保留有序孔道結(jié)構(gòu),其具有高的比表面積(136.6 cm~3 g~(-1))和窄的孔徑分布。以其為載體制備的催化劑,其經(jīng)過(guò)1000℃和1100℃焙燒均呈現(xiàn)出高度分散的顆粒,催化活性明顯高于Pd/CA。(2)溶膠凝膠體系中適量硼酸的加入同樣可以提高所合成OMA的有序度和比表面積,摻雜硼的OMA具有較高的熱穩(wěn)定性。當(dāng)硼的含量為8Wt%時(shí),樣品B-OMA-8經(jīng)過(guò)1000℃焙燒后仍然表現(xiàn)出高的熱穩(wěn)定性,大的比表面積(223.4 m~2 g~(-1))以及窄的孔徑分布。同時(shí),尿素和碳酸氫銨的加入均能提高硼摻雜OMA的比表面積和孔容。以添加尿素后的硼摻雜OMA為載體合成出的催化劑中,Pd/B-OMA-8表現(xiàn)出更加優(yōu)異的催化活性。(3)在溶膠凝膠體系中摻雜Mg合成出了鎂摻雜OMA,適量的鎂摻雜可以提高材料的熱穩(wěn)定性和比表面積。經(jīng)1000℃焙燒后,其比表面積為208.3m~2 g~(-1),且孔徑分布集中。以所有的鎂摻雜的樣品為載體合成出的催化中,與摻硼和硅的催化劑相比,反應(yīng)氣體的完全轉(zhuǎn)化溫度(T_(100%))相對(duì)更低�？赡芘c載體的表面酸堿性有關(guān),今后將進(jìn)一步系統(tǒng)深入研究。
【關(guān)鍵詞】：有序介孔氧化鋁 摻雜 溶膠凝膠法 熱穩(wěn)定性 催化活性
【學(xué)位授予單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ133.1;O643.36
【目錄】：

• 中文摘要2-4
• Abstract4-6
• 中文文摘6-11
• 緒論11-19
• 0.1 概述11
• 0.2 有序介孔氧化鋁的合成方法11-14
• 0.3 元素?fù)诫s的OMA的應(yīng)用研究14-16
• 0.4 氧化鋁的擴(kuò)孔研究16-17
• 0.5 三效催化劑的研究17
• 0.6 研究設(shè)想17-19
• 第一章 主要試劑和實(shí)驗(yàn)方法19-23
• 1.1 主要試劑19
• 1.2 樣品的制備步驟19
• 1.3 性能表征技術(shù)19-22
• 1.3.1 N_2物理吸附實(shí)驗(yàn)19-20
• 1.3.2 物相X射線粉末衍射(XRD)20
• 1.3.3 差熱分析(DTA)20
• 1.3.4 X射線光電子能譜(XPS)20
• 1.3.5 掃描電子顯微鏡-元素分析(SEM-EDX)20
• 1.3.6 透射電鏡(TEM)20
• 1.3.7 原位紅外漫反射光譜測(cè)試(In situ DRIFTS)20-21
• 1.3.8 CO脈沖化學(xué)吸附實(shí)驗(yàn)21
• 1.3.9 H_2程序升溫還原實(shí)驗(yàn)(H_2-TPR)21
• 1.3.10 CO_2程序升溫脫附(CO_2-TPD)21-22
• 1.4 催化劑的活性測(cè)試22-23
• 第二章 硅摻雜有序介孔氧化鋁的合成及應(yīng)用23-41
• 2.1 前言23-25
• 2.2 樣品的制備25
• 2.2.1 硅摻雜OMA的合成25
• 2.2.2 催化劑的制備25
• 2.3 結(jié)果和討論25-39
• 2.3.1 硅摻雜OMA的結(jié)構(gòu)特性25-32
• 2.3.2 催化劑的活性、形貌及性能32-39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 第三章 硼摻雜有序介孔氧化鋁熱穩(wěn)定性的研究41-57
• 3.1 前言41-42
• 3.2 樣品的制備42
• 3.2.1 硼摻雜OMA的合成42
• 3.2.2 采用擴(kuò)孔的方法合成大孔容的硼摻雜OMA42
• 3.2.3 催化劑的制備42
• 3.3 結(jié)果與討論42-54
• 3.3.1 硼摻雜量對(duì)硼摻雜OMA孔結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響42-48
• 3.3.2 擴(kuò)孔劑的添加對(duì)樣品孔結(jié)構(gòu)的影響48-53
• 3.3.2.1 添加尿素合成的OMA的結(jié)構(gòu)和性能48-51
• 3.3.2.2 添加碳酸氫銨合成的OMA的結(jié)構(gòu)和性能51-53
• 3.3.3 催化劑的活性53-54
• 3.4 本章小結(jié)54-57
• 第四章 鎂摻雜有序介孔氧化鋁的合成及應(yīng)用57-67
• 4.1 前言57
• 4.2 樣品的制備57-58
• 4.2.1 鎂摻雜OMA的合成57-58
• 4.2.2 催化劑的制備58
• 4.3 結(jié)果與討論58-66
• 4.3.1 鎂含量對(duì)鎂摻雜OMA孔結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響58-62
• 4.3.2 催化劑的活性62-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第五章 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-85
• 攻讀學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果85-87
• 致謝87-89
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷89-93

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