本文關(guān)鍵詞：用于甲烷催化燃燒的金屬氧化物及貴金屬催化劑制備、表征及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：甲烷作為天然氣的主要成分，以傳統(tǒng)火焰方式燃燒需要很高溫度（1500°C以上），在這樣的高溫下，空氣中的N2會(huì)被氧化成NOx，嚴(yán)重污染環(huán)境；而甲烷的不完全燃燒還會(huì)產(chǎn)生CO，同時(shí)CH4本身也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。催化燃燒大大降低了甲烷起燃溫度，提高其轉(zhuǎn)化效率，有效減少甚至消除污染物排放，是理想的燃燒方式。目前甲烷催化燃燒的催化劑主要分為兩大類，一類是低溫活性好的負(fù)載型貴金屬催化劑，另一類是高溫穩(wěn)定性好的非貴金屬氧化物催化劑。本文研究了鈷基非貴金屬氧化物和負(fù)載型貴金屬催化劑的甲烷催化燃燒反應(yīng)活性，探索了貴金屬和非貴金屬?gòu)?fù)合的催化劑性能，考察了催化劑的制備方法、元素?fù)诫s等對(duì)催化劑活性的影響，并采用TPR，XRD，BET和Raman等方法對(duì)催化劑進(jìn)行了表征，主要研究?jī)?nèi)容如下： （1）采用浸漬法制備了Co3O4負(fù)載的稀土氧化物復(fù)合催化劑，發(fā)現(xiàn)CeO2/Co3O4表現(xiàn)出了較好的甲烷燃燒催化活性。在CH4與O2體積比為1:2.2，空速72000mL·g-1·h-1條件下，500°C甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)83%，且800°C甲烷轉(zhuǎn)化率在99%以上，幾乎無(wú)CO生成。 （2）通過對(duì)CeO2進(jìn)行摻雜改性作為載體負(fù)載Co3O4，制備了Co/Ce-M-O(M=La, Zr,Ca, Mg, Bi)系列催化劑，其中Co/Ce-La-O催化劑的活性最好。該催化劑在CH4與O2體積比為1:2.2，空速72000mL·g-1·h-1條件下，450°C即可達(dá)到87%甲烷轉(zhuǎn)化率，，當(dāng)溫度升至800°C，甲烷燃燒產(chǎn)物中仍無(wú)CO出現(xiàn)，在800°C下保持20h，甲烷轉(zhuǎn)化率仍保持在96%以上。通過一系列表征分析表明，摻La有助于提高CeO2晶格缺陷以及促進(jìn)Co的分散。對(duì)Ce-La-O上的氧物種反應(yīng)歷程進(jìn)行分析，探索了Co/Ce-La-O催化劑上的甲烷催化燃燒機(jī)理。 （3）對(duì)γ-Al2O3載體摻La或Ce改性，制備了負(fù)載型貴金屬（Pd, Ir, Ru）催化劑，發(fā)現(xiàn)Pd/Ce/Al2O3催化劑的甲烷催化燃燒活性得到較大改進(jìn)。同時(shí)，還考察了Pd-Co和Pd-Mn兩種雙金屬催化劑的性能。Pd-Co/CeO2催化劑的活性較Pd/CeO2、Co/CeO2得到大幅改善，采用Co/Ce-La-O為載體負(fù)載Pd能進(jìn)一步提升催化劑的活性。Pd-Mn/Al2O3催化劑也表現(xiàn)了好的甲烷催化燃燒活性，在CH4與O2體積比為1:2.2，空速72000mL·g-1·h-1條件下，350°C即可達(dá)到87%的甲烷轉(zhuǎn)化率，該催化劑僅需在第一次使用前還原，重復(fù)使用時(shí)無(wú)需預(yù)處理，進(jìn)行三次循環(huán)甲烷催化燃燒測(cè)試，催化劑性能幾乎無(wú)下降表現(xiàn)，具有較好實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：甲烷催化燃燒 過渡金屬氧化物 Co3O4 金屬催化劑
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：O643.36;O623.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 貴金屬甲烷燃燒催化劑的研究進(jìn)展12-18
• 1.1.1 Pd 催化劑12-16
• 1.1.2 其他貴金屬催化劑16-18
• 1.1.3 多組分貴金屬催化劑18
• 1.2 非貴金屬氧化物甲烷燃燒催化劑的研究進(jìn)展18-26
• 1.2.1 過渡金屬氧化物催化劑19-24
• 1.2.2 鈣鈦礦型氧化物催化劑24-25
• 1.2.3 其他氧化物催化劑25-26
• 1.3 雙金屬甲烷燃燒催化劑的研究進(jìn)展26-29
• 1.4 論文研究的目的與內(nèi)容29-30
• 第二章 催化劑的制備及表征方法30-38
• 2.1 化學(xué)試劑與儀器30-32
• 2.1.1 化學(xué)試劑30-31
• 2.1.2 主要儀器及其生產(chǎn)廠家31-32
• 2.2 催化劑的制備方法32-34
• 2.2.1 MO_x/Co_3O_4(M=La, Ce, Zr)的制備32
• 2.2.2 Co/Ce-M-O(M=La, Zr, Ca, Mg, Bi)的制備32-33
• 2.2.3 Co/CeO_2(H-T)催化劑的制備33
• 2.2.4 負(fù)載型貴金屬催化劑的制備33-34
• 2.2.5 多金屬催化劑的制備34
• 2.3 催化劑的活性評(píng)價(jià)34-36
• 2.4 催化劑表征36-38
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡（SEM）表征36
• 2.4.2 透射電子顯微鏡（TEM）表征36
• 2.4.3 電子探針顯微分析（EPMA）36
• 2.4.4 比表面積測(cè)量（BET）36
• 2.4.5 X 射線衍射（XRD）分析36
• 2.4.6 程序升溫還原（TPR）表征36-37
• 2.4.7 拉曼光譜（Raman）分析37
• 2.4.8 綜合熱分析（TG）37
• 2.4.9 X 射線光電子能譜（XPS）分析37-38
• 第三章 鈷基非貴金屬氧化物上甲烷催化燃燒性能研究38-62
• 3.1 CeO_2/Co_3O_4(NTs)催化劑上甲烷催化燃燒性能研究38-45
• 3.1.1 制備方法對(duì)催化劑甲烷催化燃燒活性的影響38-41
• 3.1.2 Ce 含量對(duì)甲烷催化燃燒反應(yīng)的影響41-42
• 3.1.3 其他稀土氧化物對(duì) Co_3O_4(NTs)甲烷催化燃燒性能影響42-44
• 3.1.4 CeO_2/Co_3O_4(NTs)的放大試驗(yàn)44-45
• 3.2 Co/Ce-M-O 催化劑上甲烷催化燃燒性能研究45-49
• 3.2.1 浸漬液及載體對(duì) Co/CeO_2上甲烷催化燃燒反應(yīng)的影響45-46
• 3.2.2 不同元素?fù)诫s對(duì) Co/Ce-M-O 催化劑的影響46-47
• 3.2.3 Co/CeO_2與 Co/Ce-La-O 催化劑的穩(wěn)定性測(cè)試47
• 3.2.4 檸檬酸用量對(duì) Co/Ce-La-O 催化劑的影響47-48
• 3.2.5 La 含量對(duì) Co/Ce-La-O 催化劑的影響48-49
• 3.3 Co/Ce-La-O 催化劑的表征49-56
• 3.3.1 BET 分析49
• 3.3.2 XRD 分析49-50
• 3.3.3 H2-TPR 測(cè)試50-51
• 3.3.4 Co/Ce-La-O 催化劑中 Co 物種的表面分散51-56
• 3.4 檸檬酸輔助水熱合成 Co/CeO_2(H-T)催化劑56-59
• 3.4.1 Co/CeO_2(H-T)催化劑上甲烷催化燃燒性能56-58
• 3.4.2 Co/Ce-La-O(H-T)催化劑上甲烷催化燃燒性能58
• 3.4.3 Co/Ce-La-O(H-T-120)催化劑的穩(wěn)定性測(cè)試58-59
• 3.5 Co/Ce-La-O 催化劑上的甲烷催化燃燒反應(yīng)機(jī)理探索59-60
• 3.6 本章小結(jié)60-62
• 第四章 貴金屬催化劑上甲烷催化燃燒性能研究62-77
• 4.1 貴金屬催化劑上甲烷催化燃燒性能62-63
• 4.2 稀土元素對(duì)催化劑的影響63-72
• 4.2.1 M/La/Al2O_3和 M/Ce/Al2O_3催化劑上甲烷催化燃燒性能研究63-64
• 4.2.2 M/La2O_3和 M/CeO_2催化劑上甲烷催化燃燒性能研究64-65
• 4.2.3 催化劑的表征65-72
• 4.3 貴金屬與非貴金屬氧化物上甲烷催化燃燒性能比較72-73
• 4.4 雙金屬催化劑上甲烷催化燃燒性能初步研究73-75
• 4.4.1 Pd-Co 催化劑上甲烷催化燃燒性能73-74
• 4.4.2 Pd-Mn 催化劑上甲烷催化燃燒性能74-75
• 4.4.3 Pd-Mn/Al2O_3催化劑的循環(huán)測(cè)試75
• 4.5 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻(xiàn)79-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果89-90
• 致謝90-91
• 答辯委員會(huì)對(duì)論文的評(píng)定意見91

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：用于甲烷催化燃燒的金屬氧化物及貴金屬催化劑制備、表征及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：350006