【摘要】：柴油發(fā)動機由于燃油效率高、功率大以及較低的CO和揮發(fā)性烴類有機化合物(VOC)排放等優(yōu)點,在重型載重車與長途運輸車中得以廣泛使用。然而柴油發(fā)動機排氣廢氣中碳煙顆粒物含量較高,且絕大多數粒徑小于0.3μm,能夠對人體健康以及生態(tài)環(huán)境造成很大危害。要有效去除排氣碳煙,可以通過結合耐高溫過濾器和碳煙低溫燃燒催化劑的技術實現,低溫條件下催化劑催化碳煙燃燒的活性和穩(wěn)定性至關重要。在鈰基氧化物中,鈰鋯復合氧化物催化體系由于具有優(yōu)異的物理化學性能具有潛在催化碳煙燃燒研究價值。本文以鈰鋯復合氧化物為研究對象,通過不同的合成方法、摻雜改性等對催化體系催化碳煙燃燒性能進行研究。利用X-射線粉末衍射(XRD)、比表面積(BET)、掃描電鏡(SEM)、光電子能譜(XPS)、傅里葉紅外(FT-IR)以及H_2-程序升溫還原(TPR)和程序升溫氧化(TPO)等技術對材料進行表征和催化活性評價,并系統(tǒng)考察催化劑活性的影響因素,得出較為理想的研究結果。主要結論如下:1.采用溶膠凝膠法、水熱法、共沉淀法和熱分解法等制備出Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2復合氧化物。研究結果表明,5種方法所合成的Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2均能形成立方螢石結構的鈰鋯固溶體;在松散接觸條件下,催化劑的比表面積(SBET)大小更能體現出其催化碳煙燃燒的活性,水熱法合成的Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2因具有最大的SBET而顯示出最高的催化碳煙燃燒能力;在緊密接觸條件下,催化劑的還原性能和儲氧能力對其催化碳煙燃燒活性產生重要影響,溶膠凝膠法所制得的Ce_(0.8)Zr_(0.2)O_2樣品因具有最大的儲氧量而表現出最高的催化碳煙燃燒活性。2.采用溶膠凝膠法制備Ce_(0.65-x)Co_xK_(0.15)Zr_(0.2)O_2系列催化劑。研究結果表明,Co離子難以大量擴散至CeO_2晶格中,而是以Co3O4粒子形式分散在樣品表面。老化前催化劑表面Co3O4顆粒的數量和尺寸對催化劑的催化活性起關鍵性作用,而進入到CeO_2晶格中的鈷離子則對提高催化劑的抗老化能力產生重要影響。當x=0.23時,催化劑表面出現大量具有高活性的細小Co3O4粒子,催化碳煙燃燒活性最高,Ti與Tm分別為321℃與355℃;當x=0.15時,催化劑老化前并未表現出優(yōu)異的催化活性,但經老化后,因具有較多鈷鈰鋯固溶體而顯示出了最高的穩(wěn)定性與催化碳煙燃燒活性,其Ti與Tm仍可達375℃與439℃。3.采用溶膠凝膠浸漬法在SiC上對鉀、鈷改性的鈰鋯復合催化劑進行負載。結果表明,負載后各樣品催化碳煙燃燒能力都出現不同程度降低。其中,碳煙在樣品K-Co-Ce-Zr/SiC上具有最低的燃燒溫度與最快的氧化速率,Tm與平均燃燒速率分別為428℃和17.01μg/s,且經過5次循環(huán)使用后仍具較優(yōu)的催化碳煙燃燒能力,顯示出較好的穩(wěn)定性。在該系列催化劑中,Co修飾鈰鋯復合氧化物后,通過提高表面氧的活性而提高催化劑的催化活性;當催化劑中存在K物種時,主要通過改善碳煙與催化劑的接觸狀況而有效促進了碳煙的燃燒。
[Abstract]:The diesel engine has the advantages of high fuel efficiency, large power and low CO and volatile hydrocarbon organic compounds (VOC) emission, and is widely used in heavy-duty truck and long-distance transport vehicle. however, that content of the carbon smoke in the exhaust gas of the diesel engine is high, and the vast majority of the particle size is less than 0.3. m In ord to effectively remove that exhaust soot, the activity and the stability of the catalyst-catalyzed soot combustion at low temperature can be very important by the technology of combining the high-temperature-resistant filter and the low-temperature combustion catalyst of the soot. In the base oxide, the composite oxide catalyst system has the potential for catalytic carbon smoke combustion due to its excellent physical and chemical properties. In this paper, the catalytic carbon-smoke combustion performance of the catalytic system was studied by means of different synthesis methods, doping modification and so on. The materials were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), specific surface area (BET), scanning electron microscope (SEM), photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier infrared (FT-IR) and H _ 2-program temperature-increasing reduction (TPR) and program temperature-increasing oxidation (TPO). The influence factors of the activity of the catalyst are investigated and the ideal results are obtained. The main conclusions are as follows:1. Ce _ (0.8) Zr _ (0.2) O _ 2 composite oxide was prepared by sol-gel method, hydrothermal method, co-precipitation method and thermal decomposition method. The results show that the Ce _ (0.8) Zr _ (0.2) O _ 2 synthesized by the five methods can form a cubic solid solution of the cubic fluorite structure. Under the condition of loose contact, the specific surface area (SBET) of the catalyst can reflect the activity of the catalytic soot combustion. Ce _ (0.8) Zr _ (0.2) O _ 2 synthesized by hydrothermal method shows the highest catalytic carbon-smoke combustion ability due to the maximum SBET; under the condition of close contact, the reducing energy and oxygen storage capacity of the catalyst have an important influence on the catalytic carbon-smoke combustion activity, The Ce _ (0.8) Zr _ (0.2) O _ 2 sample prepared by the sol-gel method has the highest catalytic carbon-smoke combustion activity due to the maximum oxygen storage capacity. Ce _ (0.65-x) Co _ xK _ (0.15) Zr _ (0.2) O _ 2 series catalyst was prepared by sol-gel method. The results show that the Co ion is difficult to diffuse into the CeO _ 2 crystal lattice, but it is dispersed in the sample surface in the form of Co3O4 particles. The number and size of the Co3O4 particles on the surface of the pre-aging catalyst plays a key role in the catalytic activity of the catalyst, and the cobalt ions entering the CeO _ 2 crystal lattice have an important influence on the anti-aging ability of the catalyst. When x = 0.23, a large amount of fine Co3O4 particles with high activity appeared on the surface of the catalyst, the combustion activity of the catalytic carbon smoke is the highest, and the Ti and the Tm are 323.degree. C. and 355.degree. C., respectively; when x = 0.15, the catalyst does not exhibit excellent catalytic activity before aging, but after aging, The highest stability and the catalytic carbon-smoke combustion activity are shown due to the cobalt-rich solid solution, and the Ti and Tm can still reach the temperature of 375 DEG C and the temperature of 439 DEG C. A sol-gel impregnation method was used to load the composite catalyst of potassium and cobalt modified by the method of sol-gel impregnation. The results showed that the catalytic carbon-smoke combustion ability of each sample decreased in different degrees after loading. The carbon smoke has the lowest combustion temperature and the fastest oxidation rate on the sample K-Co-Ce-Zr/ SiC, the Tm and the average combustion rate are 428 DEG C and 17.01. m In the series of catalysts, the catalytic activity of the catalyst is improved by improving the activity of the surface oxygen after the Co-modified polyoxyalkylene compound oxide, and the combustion of the soot is effectively promoted by improving the contact condition of the soot and the catalyst when the K species are present in the catalyst.
【學位授予單位】：貴州師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U469.74

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