Pd/MWCNTs貧燃甲烷催化燃燒性能研究
發(fā)布時間：2021-09-07 20:05
以MWCNTs為載體,用HNO3做氧化劑對MWCNTs進行處理,通過XPS研究了處理前后MWCNTs表面官能團的變化,并采用超聲浸漬法制得Pd/MWCNTs催化劑,借助TEM,揭示了Pd粒子在催化劑表面分散度和粒徑與MWCNTs表面含氧量、羥基和羰基間的關系。并考察了Pd/MWCNTs催化劑預處理方法對低濃甲烷催化燃燒活性和穩(wěn)定性的影響,研究表明,Pd的價態(tài)以及Pd粒子的粒徑,都與催化劑的甲烷燃燒活性直接關聯(lián)。單質Pd的氧化和Pd粒徑的長大是導致催化劑性能衰減的原因。通過原位FT-IR技術對反應氣氛下中間物種的監(jiān)測,提出了Pd/MWCNTs催化劑上的低濃度甲烷催化氧化反應機理。
【文章來源】：燃料化學學報. 2016,44(08)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
不同預處理方法制得的載體及催化劑的XPS譜圖
表1催化劑表面C和O元素組成Table1SurfacecontentofCandOforMWCNTsandPd/MWCNTssamplesSampleＲelativecontentofC/%ＲelativecontentofO/%MWCNT-un0．950．05MWCNT-as0．930．07Pd/MWCNT-A0．810．19Pd/MWCNT-B0．930．07由圖1可知，MWCNTs經(jīng)HNO3處理后O1s信號增強，而且經(jīng)C、O歸一化處理后可以看出，O的含量顯著增加，說明經(jīng)HNO3處理后，MWCNTs表面含氧官能團增加，類似的結論在相關研究中已有報道［13，32］。比較發(fā)現(xiàn)，Pd/MWCNT-A比MWCNT-as有更強的O1s信號峰，且出現(xiàn)了相應的Pd(3d)信號，而O1s信號的變化很可能是由PdO所含氧引起的，具體原因在下文進一步解釋。為進一步甄別HNO3處理前后MWCNTs表面官能團種類與密度的變化，對XPS譜圖中的O1s、C1s信號進行了進一步解析，具體見圖2。圖2催化劑和載體的C1s和O1sXPS譜圖Figure2ExperimentalandsimulatedXPSofC1s(1)andO1s(2)ofMWCNT-un(a)，MWCNT-as(b)andPd/MWCNT-A(c)930燃料化學學報第44卷
躉??硨笮奘紊系聶駛??羥基促進了Pd粒子的均勻分散。Xu等［32］的研究也指出，羥基的存在促進了Pd與MWCNTs的相互作用，從而促進了Pd粒子的分散。所不同的是本研究發(fā)現(xiàn)，Pd可能更傾向于附著在羰基位，可能和碳納米管的性質、Pd前驅體和溶劑的選擇有關。表2催化劑及載體中官能團含量Table2SurfacechemicalcompositionsofdifferentfunctionalgroupsintheMWCNT-un，MWCNT-asandPd/MWCNT-ASampleＲelativecontentC=O－OHothersMWCNT-un0．510．360．13MWCNT-as0．440．460．10Pd/MWCNT-A0．370．470．16圖3Pd/MWCNT-un和Pd/MWCNT-D的TEM照片F(xiàn)igure3TEMimagesandPdparticlesizedistributionsofPd/MWCNT-un(a，b，c)andPd/MWCNT-D(d，e，f)同時，實驗考察了不同載體預處理方式以及催化劑氧化、還原處理對其甲烷燃燒性能的影響，具體見圖4。由圖4可知，新鮮的Pd/MWCNT-A催化劑活性最差，還原處理的催化劑活性最高，焙燒時間對催化劑活性影響不顯著。Pd/MWCNT-A催化劑活性可能源于MWCNTs自身的還原性。研究表明，MWCNTs載體具有還原性，可以將溶液中的Pd2+、Ag+、Cu2+等離子還原為單質［33－35］。未焙燒的Pd/MWCNT-A催化劑，部分Pd2+離子被還原轉變?yōu)閱钨|Pd。所以，Pd/MWCNT-A具有一定的催化活性。焙燒處理后的催化劑，硝酸鹽分解為PdO，PdO也具有一定的催化燃燒活性。經(jīng)過還原處理的Pd/MWCNT-D，由于具有更多的單質Pd存在，顯示出最高的催化氧化活性。經(jīng)過高溫處理(400℃)的催化劑表面O1s信號峰明顯降低，可能是含氧官能團在高溫下(400℃)被氧化。931第8期高秀慧等:Pd/MWCNTs貧燃甲烷催化燃燒性能研究
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Pd/NiAl2O4催化劑上甲烷燃燒反應的紅外光譜研究[J]. 劉瑩,王勝,高典楠,潘秋實,王樹東. 催化學報. 2012(09)
[2]Co3O4/CeO2CO氧化的原位紅外光譜研究[J]. 邵建軍,朱錫,張永坤,王明貴. 燃料化學學報. 2012(02)
本文編號：3390172
【文章來源】：燃料化學學報. 2016,44(08)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
不同預處理方法制得的載體及催化劑的XPS譜圖
表1催化劑表面C和O元素組成Table1SurfacecontentofCandOforMWCNTsandPd/MWCNTssamplesSampleＲelativecontentofC/%ＲelativecontentofO/%MWCNT-un0．950．05MWCNT-as0．930．07Pd/MWCNT-A0．810．19Pd/MWCNT-B0．930．07由圖1可知，MWCNTs經(jīng)HNO3處理后O1s信號增強，而且經(jīng)C、O歸一化處理后可以看出，O的含量顯著增加，說明經(jīng)HNO3處理后，MWCNTs表面含氧官能團增加，類似的結論在相關研究中已有報道［13，32］。比較發(fā)現(xiàn)，Pd/MWCNT-A比MWCNT-as有更強的O1s信號峰，且出現(xiàn)了相應的Pd(3d)信號，而O1s信號的變化很可能是由PdO所含氧引起的，具體原因在下文進一步解釋。為進一步甄別HNO3處理前后MWCNTs表面官能團種類與密度的變化，對XPS譜圖中的O1s、C1s信號進行了進一步解析，具體見圖2。圖2催化劑和載體的C1s和O1sXPS譜圖Figure2ExperimentalandsimulatedXPSofC1s(1)andO1s(2)ofMWCNT-un(a)，MWCNT-as(b)andPd/MWCNT-A(c)930燃料化學學報第44卷
躉??硨笮奘紊系聶駛??羥基促進了Pd粒子的均勻分散。Xu等［32］的研究也指出，羥基的存在促進了Pd與MWCNTs的相互作用，從而促進了Pd粒子的分散。所不同的是本研究發(fā)現(xiàn)，Pd可能更傾向于附著在羰基位，可能和碳納米管的性質、Pd前驅體和溶劑的選擇有關。表2催化劑及載體中官能團含量Table2SurfacechemicalcompositionsofdifferentfunctionalgroupsintheMWCNT-un，MWCNT-asandPd/MWCNT-ASampleＲelativecontentC=O－OHothersMWCNT-un0．510．360．13MWCNT-as0．440．460．10Pd/MWCNT-A0．370．470．16圖3Pd/MWCNT-un和Pd/MWCNT-D的TEM照片F(xiàn)igure3TEMimagesandPdparticlesizedistributionsofPd/MWCNT-un(a，b，c)andPd/MWCNT-D(d，e，f)同時，實驗考察了不同載體預處理方式以及催化劑氧化、還原處理對其甲烷燃燒性能的影響，具體見圖4。由圖4可知，新鮮的Pd/MWCNT-A催化劑活性最差，還原處理的催化劑活性最高，焙燒時間對催化劑活性影響不顯著。Pd/MWCNT-A催化劑活性可能源于MWCNTs自身的還原性。研究表明，MWCNTs載體具有還原性，可以將溶液中的Pd2+、Ag+、Cu2+等離子還原為單質［33－35］。未焙燒的Pd/MWCNT-A催化劑，部分Pd2+離子被還原轉變?yōu)閱钨|Pd。所以，Pd/MWCNT-A具有一定的催化活性。焙燒處理后的催化劑，硝酸鹽分解為PdO，PdO也具有一定的催化燃燒活性。經(jīng)過還原處理的Pd/MWCNT-D，由于具有更多的單質Pd存在，顯示出最高的催化氧化活性。經(jīng)過高溫處理(400℃)的催化劑表面O1s信號峰明顯降低，可能是含氧官能團在高溫下(400℃)被氧化。931第8期高秀慧等:Pd/MWCNTs貧燃甲烷催化燃燒性能研究
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Pd/NiAl2O4催化劑上甲烷燃燒反應的紅外光譜研究[J]. 劉瑩,王勝,高典楠,潘秋實,王樹東. 催化學報. 2012(09)
[2]Co3O4/CeO2CO氧化的原位紅外光譜研究[J]. 邵建軍,朱錫,張永坤,王明貴. 燃料化學學報. 2012(02)
本文編號：3390172
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