發(fā)布時間：2020-08-23 18:55

【摘要】：隨著全球能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重,天然氣取代石油的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。然而天然氣使用中未完全燃燒的甲烷若直接排放到大氣中會產(chǎn)生巨大的溫室效應(yīng),必須采取有效措施。催化燃燒技術(shù)是目前解決天然氣因非完全燃燒產(chǎn)生的污染問題的最有效手段。目前應(yīng)用于甲烷催化燃燒領(lǐng)域的催化劑主要有三大類:貴金屬型,鈣鈦礦和六鋁酸鹽。其中鈣鈦礦因其合成方法簡單、成本較低、熱穩(wěn)定性好及較高的催化性能而備受青睞。然而,當(dāng)前鈣鈦礦型催化劑的研究種類過于單一、比表面積普遍偏低,且其主要催化機理仍不明確,因此關(guān)于更高比表面積的鈣鈦礦型催化劑的合成及其催化機理的研究有著重要的理論和實際意義。本文采用甘氨酸自蔓延燃燒法合成出具有較高比表面積的鈣鈦礦YlnO3,并將其應(yīng)用在甲烷催化燃燒反應(yīng),探索了焙燒溫度對該新型催化劑的晶型和催化性能的影響,并通過對其A、B位元素進(jìn)行非化學(xué)計量比的摻雜來開展其催化機理的研究,取得的主要結(jié)果如下:(1)樣品前驅(qū)體經(jīng)650 ℃焙燒后才能形成立方晶相YlnO3鈣鈦礦,且立方相較其他晶相在甲烷催化燃燒中具有更好催化活性,624 ℃時可以實現(xiàn)對甲烷的完全轉(zhuǎn)化,且經(jīng)50h連續(xù)反應(yīng)后,仍保持良好的催化穩(wěn)定性。(2)發(fā)現(xiàn)A位非化學(xué)計量比摻雜的樣品具有更多的氧空位,YxIn03+δ系列樣品中Y1.04In03+δ的氧空位較多,其氧脫附量(759.3 μmol·g-1)與未修飾樣品YInO3相比提高了42%。C02-TPD和NH3-TPD的研究還表明,Y3+量的改變對催化劑的表面酸堿性也產(chǎn)生較大影響,其對催化劑性能的影響顯著。YxIn03+δ系列樣品的催化活性隨Y3+離子的缺陷程度的增加而提高,其中Y0.8In03+δ的活性較高,其T90為626 ℃。(3)B位非化學(xué)計量比摻雜的系列樣品YInyO3+δ中生成的晶體缺陷較少,其中氧空位較高的YIn0.9803+δ的氧脫附量與初始樣品(YInO3)相比僅提高了 7.6%。NH3-TPD的研究表明YInyO3+δ系列樣品的酸堿性沒有明顯差異,催化活性測試表明,YInO3 + B位In3+離子為主要催化活性組分,且YInyO3+δ系列樣品的催化活性隨In3+離子的缺陷程度的增加而降低,其中活性較好的為YIn0.9803+δ,其T90為645℃。(4)YInO3鈣鈦礦在甲烷催化燃燒中的活性主要受比表面積、氧空位、活性位點含量以及表面酸堿度的影響,其中表面酸堿度和活性位點含量的影響較大。
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;X51;TK16
【圖文】：

又稱達(dá)標(biāo)天數(shù)）比例為７８．９％，平均超標(biāo)天數(shù)（ＡＱ丨＞１００的天數(shù)；其中，１０卜１５０逡逑之間為輕度污染，１５１￣２００之間為中度污染，２０１￣３００之間為重度污染，大于３００為嚴(yán)重逡逑污染）比例為２１．１邋％，具體情況如圖１－１所示。全國僅有８個城市的優(yōu)良天數(shù)比例為１００％，逡逑有１３７個城市的優(yōu)良天數(shù)比例在５０邋％￣８０邋％之間，２４個城市的優(yōu)良天數(shù)比例低于５０邋％。逡逑健污染中肋染重度ｈ染嚴(yán)重ｂ？染逡逑１４８％邐３７％邐２０0／＃邋0？0邐優(yōu)逡逑５２．９ｓ／．邋Ｉ逡逑圖１－１邋２０１６年我國３３８城市環(huán)境空氣質(zhì)量級別比例［１］逡逑Ｆｉｇ．１－１邋Ｔｈｅ邋ａｉｒ邋ｑｕａｌｉｔｙ邋ｌｅｖｅｌ邋ｏｆ邋３３８邋ｃｉｔｉｅｓ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２０１６逡逑全國３３８個城市重度污染在２０００天次以上，嚴(yán)重污染超過７５０天次，其中主要以顆逡逑粒物和臭氧污染為主，如圖１－２所示。以ＰＭ２５為首要污染物的天數(shù)占重度及以上污染天逡逑數(shù)的８０．３邋％，以ＰＭＩＣ）為首要污染物的占２０．４邋％，以０３為首要污染物的占０．９邋％。其中，逡逑有３２個城市重度及以上污染天數(shù)超過３０天［１１。逡逑１逡逑

甲烷催化燃燒屬于催化燃燒的一個小分支。催化燃燒是一個涉及非均相表面化學(xué)、均逡逑相化學(xué)、以及催化劑表相與流動相之間傳質(zhì)傳熱的復(fù)雜的過程。其基本反應(yīng)可以分為ＡＢＣＤ逡逑四個階段，如圖１－４所示。其中Ａ階段為表面動力學(xué)控制區(qū)，是催化劑對反應(yīng)的主要作用逡逑階段；Ｂ階段為反應(yīng)加速區(qū)，通常是因為反應(yīng)開始后，反應(yīng)物內(nèi)部熱量急劇增加從而使得逡逑反應(yīng)速度急劇加快；Ｃ階段為質(zhì)量擴散控制區(qū)，此時化學(xué)反應(yīng)速率改變不明顯，達(dá)到平臺；逡逑Ｄ階段為氣相自由基控制區(qū)，均相反應(yīng)速率對總反應(yīng)貢獻(xiàn)快速提高，氣相自由基起主導(dǎo)作逡逑用，質(zhì)量和熱的傳遞對反應(yīng)速率起決定作用。逡逑由以上分析可知，甲烷催化燃燒的根本研宄方向就是加快催化反應(yīng)的動力學(xué)控制區(qū)Ａ逡逑階段的反應(yīng)速率，及提高催化劑的本征活化能。逡逑３逡逑

？，＾邐：逡逑：邐＃邐：；＃２＞邋ｍ邐；逡逑圖１－１０邋ＭＰ－ｔｙｐｅ邋Ｌａ－六鋁酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１０邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＭＰ－ｔｙｐｅ邋Ｌａ－ｈｅｘａａｌｕｍｉｎａｔｅ逡逑通常，六鋁酸鹽催化劑很難合成，因為高溫焙燒或熱處理下的晶粒會發(fā)生嚴(yán)重聚集和逡逑燒結(jié)。六鋁酸鹽通常采用固態(tài)反應(yīng)法、溶膠凝膠法、共沉淀法、反微乳液法、燃燒法、醇逡逑鹽水解法以及尿素燃燒法等合成［９１，９２］。逡逑利用六鋁酸鹽良好的抗高溫?zé)Y(jié)性能，科學(xué)家們嘗試將其作為載體，通過負(fù)載貴金屬、逡逑Ｃｅ０２、Ｍｎ３０４、鈣鈦礦等其他活性物中制備復(fù)合催化劑［９２，９３］，均取得了不錯的成果。尤其逡逑是負(fù)載貴金屬，有效解決了貴金屬型催化劑高溫?zé)Y(jié)帶來的嚴(yán)重不可逆失活問題。另外逡逑Ｂａｙｌｅｔ等人１９４１還將Ｐｄ摻雜進(jìn)入ＨＡｓ邋（ＬａｗＳｒｏｊＢａｗＭｎＡｈ丨０１９）后整體負(fù)載在０－Ａｌ２Ｏ３載體上，逡逑發(fā)現(xiàn)了該催化劑優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。逡逑１．３．５鈣鈦礦逡逑１６逡逑

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10 郭q

本文編號：2801895