【摘要】：近幾年,溫室效應(yīng)已引起了人們的廣泛關(guān)注,由此引發(fā)的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重,因此,降低溫室氣體的排放是解決此問題的有效途徑。除CO_2外,CH4也被認(rèn)為是重要的溫室氣體之一,并且甲烷的溫室效應(yīng)是CO_2的21-23倍,因此,由甲烷排放引起的環(huán)境問題不容忽視。我國煤炭資源豐富,在煤礦開采中會排放出大量的煤層氣(主要成分是CH4),同時,排放出大量煤礦乏風(fēng),其中所含CH4濃度極低(0.1%-1.0 vol.%),但是70%的甲烷來源于此,這不僅造成了能源資源的浪費(fèi),更重要的是對環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅。因此,合理地利用煤礦乏風(fēng)中的低濃度甲烷是解決此類問題的有效途徑。目前,有效的利用技術(shù)就是甲烷的催化氧化,關(guān)鍵的問題就是制備出具有高活性和高穩(wěn)定性的甲烷氧化催化劑。氧化鈰擁有獨(dú)特的氧化還原性能和高的儲放氧能力,在催化領(lǐng)域中展示了重要的應(yīng)用價值。并且氧化鈰材料的形貌和結(jié)構(gòu)對催化劑的性能也有重要的影響。因此,本論文通過水熱法合成了具有不同形貌和結(jié)構(gòu)的氧化鈰,系統(tǒng)研究了其負(fù)載Pd催化劑的低濃度甲烷催化氧化性能,闡述了氧化鈰形貌和結(jié)構(gòu)的影響,建立了載體結(jié)構(gòu)與催化劑性能之間的聯(lián)系。主要研究工作和結(jié)論如下:(1)合成了由納米矩形塊自組裝成具有梯度型微結(jié)構(gòu)的八面體形貌的氧化鈰,利用XRD、SEM、TEM、N2吸脫附等表征技術(shù)對樣品進(jìn)行了分析,研究了八面體氧化鈰負(fù)載Pd催化劑的低濃度甲烷催化氧化性能。結(jié)果表明,在連續(xù)的甲烷催化反應(yīng)中,八面體氧化鈰獨(dú)特的梯度型微結(jié)構(gòu)有利于抑制活性組分pd納米顆粒的聚集,進(jìn)而提高了pd催化劑的熱穩(wěn)定性。(2)合成了具有層狀微結(jié)構(gòu)的八面體形貌氧化鈰(loc),對其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,研究了pd/loc催化劑的性能和反應(yīng)動力學(xué);研究了金屬pd負(fù)載量,金屬氧化物摻雜種類(zro2,nio和co3o4),zro2含量以及反應(yīng)空速對催化劑性能的影響。結(jié)果表明,氧化鈰的獨(dú)特結(jié)構(gòu)暴露了(110)晶面,其性能要優(yōu)于普通八面體暴露的(111)晶面,且存在非化學(xué)計量氧化鈰(CeO_2-x);通過優(yōu)化pd負(fù)載量,發(fā)現(xiàn)loc負(fù)載pd催化劑顯示了較高的活性和穩(wěn)定性;通過引入客體金屬氧化物(zro2),進(jìn)一步改善了pd/loc的催化性能,且當(dāng)zro2的摻雜量為5wt.%時,催化性能最佳;反應(yīng)動力學(xué)也進(jìn)一步證實(shí)了此催化劑具有較低的活化能,為85.40kjmol-1。此外,0.5wt.%pd/loc-5wt.%zr催化劑在連續(xù)變化的空速下,表現(xiàn)出較高的低溫活性和熱穩(wěn)定性。(3)合成了微球形和納米管氧化鈰,通過表征分析,考察了氧化鈰形貌對pd/CeO_2催化劑性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),氧化鈰微球具有短孔道結(jié)構(gòu),暴露的(100)晶面和非化學(xué)計量氧化鈰CeO_2 x;催化劑的性能強(qiáng)烈地依賴于CeO_2載體的形貌,即微球形氧化鈰負(fù)載pd催化劑的性能優(yōu)于納米管氧化鈰負(fù)載pd催化劑的性能。(4)利用堿土金屬改性,進(jìn)一步增加了納米管氧化鈰負(fù)載pd催化劑的甲烷催化性能,考察了pd負(fù)載量,堿土金屬種類和添加量以及催化劑焙燒溫度對催化劑性能的影響。研究表明,甲烷轉(zhuǎn)化率隨著催化劑pd負(fù)載量的增加而增加;通過加入堿土金屬ca,進(jìn)一步優(yōu)化了甲烷催化氧化性能,其t90%的溫度降低了54°c,且當(dāng)pd/ca的摩爾比例為1:0.5時,pdca/CeO_2催化劑的性能最好,其最佳焙燒溫度為450°C。
【圖文】：

圖 1-1 TFRR 運(yùn)行原理圖[29]Figure 1-1 The schematic illustration of thermal flow reversal reactor[29]式煤礦乏風(fēng)催化氧化反應(yīng)器(CFRR)R 技術(shù)和 TFRR 的運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)是相似的，如圖 1-2 所示[29]，，其主

圖 1-2 CFRR 運(yùn)行原理圖[29]Figure 1-2 The schematic illustration of catalytic flow reversal reactor[29]式催化氧化反應(yīng)器(CMR)R 顧名思義就是一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的整體式催化反應(yīng)器，這個整體
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36

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本文編號：2518965