【摘要】：貴金屬催化劑由于在化工、環(huán)保、能源等領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的性能而受到廣泛的關(guān)注與研究。然而資源稀缺、價(jià)格昂貴以及較差的熱穩(wěn)定性,嚴(yán)重影響了貴金屬催化劑的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因此,如何制備穩(wěn)定而高分散度的貴金屬催化劑以降低貴金屬用量是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文以提高貴金屬利用率為目標(biāo)展開研究,取得了如下結(jié)果:第一部分采用不同方法合成了不同Pd@SiO_2核殼結(jié)構(gòu)納米材料,并與傳統(tǒng)浸漬法制備的Pd/SiO_2催化劑對(duì)照。用反相微乳液法一步合成了只有1.1 nm超小Pd納米粒子的Pd@SiO_2-RM核殼結(jié)構(gòu)納米材料。HRTEM結(jié)果顯示超小Pd納米粒子鑲嵌在30 nm左右的SiO_2微球里面形成多核型核殼結(jié)構(gòu)納米材料。因此,可以有效限制超小Pd核在高溫下的燒結(jié)聚集。與其他方法合成的Pd@SiO_2和Pd/SiO_2催化劑相比,Pd@SiO_2-RM具有更大的活性金屬表面積,從而表現(xiàn)出最好的CO氧化性能以及優(yōu)異抗熱穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明Pd的顆粒大小和活性金屬表面積是影響催化劑活性的決定因素,并且反應(yīng)速率與Pd顆粒大小以及活性金屬表面積之間具有很好的線性關(guān)系。第二部分以高比表面積(572 m2/g)的枝狀介孔SiO_2(KCC-1)為載體制備了Pt-Ni雙金屬催化劑。XRD,TEM,HAADF EDX-Mapping結(jié)果顯示,由于枝狀介孔SiO_2(KCC-1)限域作用,3 nm左右的Pt-Ni雙金屬納米粒子在載體上高度分散,有效地促進(jìn)了催化劑對(duì)CO的氧化活性。此外,相對(duì)于單金屬組分Pt/KCC-1和Ni/KCC-1催化劑,適當(dāng)比例的PtxNi10-x/KCC-1雙金屬催化劑由于Pt,Ni之間的協(xié)同催化效應(yīng),可以進(jìn)一步提高催化劑的反應(yīng)活性。并且1%Pt_7Ni_3/KCC-1催化劑展現(xiàn)了最高效的CO氧化活性,在100℃將CO完全反應(yīng)。很顯然,Ni的加入不僅減少了Pt的用量,同時(shí)還增強(qiáng)了催化劑的活性。第三部分研究了稀土La_2O_3改性的TiO_2載體負(fù)載Pt制備的催化劑對(duì)甲醛室溫氧化性能的影響。HRTEM,HAADF-STEM以及CO-TPD結(jié)果表明,La_2O_3的加入使Pt納米粒子從原來(lái)的2.2 nm減小到1.7 nm,有效的促進(jìn)了Pt的分散,從而催化劑的活性大大加強(qiáng)。此外,XPS結(jié)果顯示,La_2O_3的加入使催化劑表面吸附氧物種增多,促使金屬與載體之間相互作用加強(qiáng),這也進(jìn)一步使催化劑的活性得到改善。最后,對(duì)3%La-TiO_2粉體進(jìn)行掛漿處理并負(fù)載極少量的Pt制備了整體催化劑,并模擬實(shí)際工況對(duì)催化劑進(jìn)行了活性評(píng)價(jià)。該催化劑表現(xiàn)出高效的室內(nèi)甲醛凈化效果及長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)穩(wěn)定性。
[Abstract]:Noble metal catalysts have attracted extensive attention and research because of their excellent performance in chemical industry, environmental protection, energy and other fields. However, the scarcity of resources, high price and poor thermal stability seriously affect the practical application value of noble metal catalysts. Therefore, how to prepare stable and highly dispersed noble metal catalysts to reduce the cost The amount of precious metals is a hot topic in the current research. This paper aims at improving the utilization ratio of precious metals. The following results are obtained: the first part is to synthesize different Pd@SiO_2 core shell nanostructured materials by different methods, and compare them with the Pd/SiO_2 catalyst prepared by traditional impregnation method. Only 1.1 NM is synthesized by one-step synthesis by inverse microemulsion method. HRTEM results show that the Pd nanoparticles embedded in the SiO_2 microspheres around 30 nm form multi-core-shell structure nanomaterials. Therefore, the agglomeration of the Pd nanoparticles at high temperatures can be effectively limited. Compared with Pd@SiO_2 and Pd/SiO_2 catalysts synthesized by other methods, the Pd@SiO_2 and Pd/SiO_2 nanoparticles synthesized by HRTEM show that the Pd nanoparticles can form multi-core-shell structure nanomaterials. Pd@SiO_2-RM exhibits the best CO oxidation performance and excellent thermal stability due to its larger active metal surface area. The results show that the particle size and active metal surface area of Pd are the determinants of catalyst activity, and the reaction rate has a good linear relationship with the size of Pd particles and the active metal surface area. In the second part, Pt-Ni bimetallic catalysts were prepared with high specific surface area (572 m2/g) dendritic mesoporous SiO_2 (KCC-1) as support. XRD, TEM, HAADF EDX-Mapping results showed that the Pt-Ni bimetallic nanoparticles around 3 nm were highly dispersed on the support due to the limited effect of dendritic mesoporous SiO_2 (KCC-1). In addition, compared with Pt/KCC-1 and Ni/KCC-1 catalysts, a proper proportion of Pt x Ni 1 0-x/KCC-1 bimetallic catalysts can further enhance the catalytic activity of the catalysts because of the synergistic catalytic effect between Pt and Ni. Moreover, 1% Pt_7Ni_3/KCC-1 catalyst exhibits the most efficient CO oxidation activity, and CO is completely reacted at 100 C. Apparently, the addition of Ni not only reduces the amount of Pt, but also enhances the activity of the catalyst. In the third part, the effect of Pt supported on the catalysts modified by La_2O_3 on the oxidation of formaldehyde at room temperature was studied. HRTEM, HAADF-STEM and CO-TPD results showed that the addition of La_2O_3 reduced the Pt nanoparticles from the original 2.2 nm. In addition, XPS results showed that the addition of La_2O_3 increased the number of oxygen species adsorbed on the surface of the catalyst and enhanced the interaction between the metal and the support, which further improved the activity of the catalyst. Finally, 3% La-TiO_2 powder was suspended for slurry treatment. The monolithic catalyst was prepared by loading a very small amount of PT, and its activity was evaluated by simulating the actual working conditions. The catalyst showed high efficiency in indoor formaldehyde purification and long-term reaction stability.
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36

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本文編號(hào)：2185601