【摘要】：柴油機(jī)由于低油耗、高功率和耐久性好等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用,然而柴油機(jī)尾氣主要的污染物碳煙顆粒、氮氧化物、一氧化碳以及碳?xì)浠衔?給自然環(huán)境和人類健康帶來(lái)嚴(yán)重危害,其治理問(wèn)題成為研究熱點(diǎn)。目前,以催化劑為核心的催化燃燒法來(lái)消除碳煙顆粒和一氧化碳污染物是最有效的尾氣后處理技術(shù)之一。二氧化鈰因具有良好的氧存儲(chǔ)能力和催化性能,被廣泛應(yīng)用于催化領(lǐng)域;過(guò)渡金屬具有優(yōu)良的氧化還原特性,可以充分利用高氧化還原性能實(shí)現(xiàn)低溫催化氧化。本文采用CTAB軟模板法制備了介孔結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬摻雜的鈰基固溶體。利用多種手段對(duì)催化劑理化性質(zhì)進(jìn)行了表征,以碳煙燃燒和CO氧化為模型反應(yīng),探討了催化劑的催化性能與理化性質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系及反應(yīng)機(jī)理。具體研究?jī)?nèi)容如下:采用CTAB輔助共沉淀法合成出不同過(guò)渡金屬摻雜的介孔鈰基固溶體催化劑(M_(0.1)Ce,M=Mn、Fe、Co、Cu)。與無(wú)CTAB合成的CeO_2相比,CTAB輔助法制備的CeO_2,其比表面積由57 m~2/g增加到105 m~2/g。摻雜后的固溶體樣品仍保持CeO_2的立方螢石晶相,晶粒減小,并且具有提高的氧空位濃度和氧化還原能力,進(jìn)而改善了其NO氧化和吸附能力。催化劑在O_2和NO+O_2下進(jìn)行碳煙催化氧化活性測(cè)試,與CeO_2相比,摻雜過(guò)渡金屬的固溶體催化劑的催化活性都明顯提高,這與其較大的表面積和孔體積、較小晶粒尺寸和改善的氧化還原能力有關(guān)。NO+O_2氣氛下催化劑的催化活性進(jìn)一步提高,歸因于NO_2-輔助機(jī)理的促進(jìn)作用。采用CTAB輔助共沉淀法合成出Cu摻雜的鈰基固溶體(Cu_xCe,x=0、0.05、0.1、0.2、0.3、1),研究了不同摻雜量對(duì)催化劑晶相、孔結(jié)構(gòu)、表面特性和催化性能的影響。少量Cu摻雜的催化劑仍具有單一的CeO_2晶相,結(jié)晶度降低;當(dāng)摻雜量達(dá)到30%時(shí),部分CuO顆粒會(huì)析出。Cu摻雜增加了固溶體的比表面積(105-131 m~2/g),氧空位濃度和氧化還原能力也得到明顯提高,進(jìn)而提高CO催化氧化活性。Cu_(0.1)Ce具有最好的催化氧化活性(T_(50)=59oC)和良好的催化穩(wěn)定性。通過(guò)in situ DRIFT發(fā)現(xiàn),Cu_(0.1)Ce具有較多的表面Cu~+活性物種,CO可以吸附在上面形成Cu~+-CO物種,然后與附近活性氧反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO_2;Cu摻雜量增大,會(huì)增加催化劑吸附碳酸鹽物種的能力,過(guò)多的碳酸鹽物種會(huì)覆蓋活性位點(diǎn)而使得活性下降。采用CTAB輔助水熱法成功制備了Mn和Cu雙摻雜的鈰基固溶體復(fù)合氧化物MnCuCe、CuCe、MnCe和CeO_2。所合成的催化劑呈現(xiàn)出立方螢石型的CeO_2晶相,結(jié)晶度較高,形成了鈰基固溶體,而且具有較大的介孔結(jié)構(gòu)(平均孔徑10-14 nm)。過(guò)渡金屬的摻雜誘導(dǎo)產(chǎn)生了更多的氧空位,這促進(jìn)了氧化還原性能的提高,進(jìn)而提高了催化劑對(duì)氧化碳煙和CO的催化活性和選擇性。與單金屬摻雜的催化劑相比,MnCuCe表現(xiàn)出更高的碳煙和CO催化氧化活性,這歸因于雙摻雜金屬的協(xié)同作用,Mn和Cu雙摻雜產(chǎn)生了更多的氧空位,增加催化劑對(duì)氧的吸附和釋放能力,加快了體相氧的遷移速率,進(jìn)而加快了碳煙和CO的反應(yīng)速率。采用CTAB+PEG2000雙模板輔助共沉淀法成功制備了Co摻雜的鈰基復(fù)合氧化物Co_xCe(x=0、0.1、0.2、0.3)。少量Co摻雜的催化劑仍具有單一的CeO_2晶相,結(jié)晶度降低,Raman證實(shí)了表面Co_3O_4的存在;隨著摻雜量增加,有少量體相Co_3O_4析出。雙模板法合成的樣品具有較大的比表面積(81-117 m~2/g)和介孔結(jié)構(gòu)(平均孔徑9-16 nm)。根據(jù)Raman和H_2-TPR表征可知,Co的摻雜有利于形成更多的氧空位,并提高氧化還原性能。催化活性結(jié)果顯示,鈷鈰基催化劑的催化活性都明顯提高,Co_(0.1)Ce具有最好的催化活性,O_2和NO+O_2氣氛下T_(50)分別為345oC和337oC。更多的Co摻雜后,導(dǎo)致Co_3O_4顆粒產(chǎn)生,Co-O和Ce-O之間的協(xié)同相互作用降低,低溫氧化還原能力也隨之減弱,導(dǎo)致較低的催化活性。與單模板樣品Co_(0.1)Ce-C和Co_(0.1)Ce-P,催化活性結(jié)果:Co_(0.1)CeCo_(0.1)Ce-PCo_(0.1)Ce-C。說(shuō)明了以CTAB+PEG為雙模板的合成方法有助于制備出更高活性的催化劑。
【圖文】：

3顆粒過(guò)濾捕集技術(shù)結(jié)合使用能夠進(jìn)一步提高去除 PM 的能力。圖1.1 壁流式過(guò)濾器示意圖[8]1.3.3.2 顆粒過(guò)濾捕集技術(shù)顆粒過(guò)濾器（Diesel particulate filter, DPF）一般由堇青石或碳化硅蜂窩結(jié)構(gòu)整體構(gòu)成[8]。具有合適孔隙的過(guò)濾器，能夠有效地?cái)r截尾氣中不能通過(guò)的碳煙顆粒物。但是，PM在捕集器上的積累，導(dǎo)致排氣受阻，降低柴油機(jī)的效率。所以應(yīng)使用有效的技術(shù)，及時(shí)清除捕集器上積累的PM，使捕集器再生，，即顆粒物捕集器再生技術(shù)。目前使用最多的捕集器催化再生技術(shù)，就是將催化劑涂覆在捕集器表面，催化劑涂層就可催化捕集的PM，使PM的氧化燃燒溫度降低，在正常排氣溫度下燃燒脫除。圖1.2為壁流式過(guò)濾器示意圖。這種技術(shù)被認(rèn)為是最有效的捕集器再生方法，大多數(shù)汽車都已經(jīng)采用該技術(shù)，其核心是高活性、高耐久性的催化劑涂層。圖1.2壁流式過(guò)濾器[8]1.4 柴油車碳煙氧化催化劑的分類碳煙的燃燒溫度為550-600 °C

圖 2.1 催化劑活性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖5 催化劑催化 CO 氧化的活性測(cè)試具體操作步驟為：稱量 50 mg 催化劑（40-80 目），在 50 mL/min 的 He 氣氛下 50
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X701

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 于學(xué)華;韋岳長(zhǎng);劉堅(jiān);趙震;;柴油車尾氣排放PM2.5氧化消除催化劑的設(shè)計(jì)、制備與催化作用[J];中國(guó)科學(xué):化學(xué);2014年12期

2 顏華平;;高壓共軌柴油機(jī)燃油壓力不正常的探討[J];中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品;2014年16期

3 王若素;肖寒;白濤;王燕軍;錢立運(yùn);;全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量——《2013年中國(guó)機(jī)動(dòng)車污染防治年報(bào)》(第Ⅰ部分)[J];環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展;2014年01期

4 趙震;張桂臻;劉堅(jiān);梁鵬;許潔;段愛(ài)軍;姜桂元;徐春明;;柴油機(jī)尾氣凈化催化劑的最新研究進(jìn)展[J];催化學(xué)報(bào);2008年03期

5 賀泓;翁端;資新運(yùn);;柴油車尾氣排放污染控制技術(shù)綜述[J];環(huán)境科學(xué);2007年06期

6 焦天民;柴油機(jī)排氣后處理的研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題[J];拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車;2002年02期

本文編號(hào)：2701597