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过渡金属(M = Cu, Ni, Co, Fe)铈基催化剂的制备及对CO和CH4氧化反应性能的研究
资料类别
   文化课毕业论文(设计)
课程(专业)
  物理化学
关键词
  CH4氧化|过渡金属
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发布时间
  2019-02-23 20:36:00
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发布人   kj008
 内容简介:     过渡金属(M = Cu, Ni, Co, Fe)铈基催化剂的制备及对CO和CH4氧化反应性能的研究,硕士学位论文,共81页,34121字。
   摘 要
   CO催化氧化的研究具有重要的学术和实际应用价值。在该催化反应过程中,起主要作用的为催化剂载体和催化剂表面的金属氧化物。研究认为,二者(载体和金属氧化物)的协同作用共同促进CO氧化反应进行。由于催化剂的结构复杂性,因而在实际过程中二者的具体作用很难被系统地研究。利用酸处理的方法可以将催化剂表面的金属氧化物除去从而使其与载体分开,并分别对其研究则可以使该问题得到简化。此外,稀燃天然气汽车的普及使得有效降低空气中甲烷(CH4)的排放量显得越来越重要。而该类型汽车的尾气温度通常低于550 oC,传统的汽车尾气净化催化剂在该条件下不能有效地转化甲烷。因此,有必要开发适用于稀燃天然气汽车尾气环境下具有较高的低温活性的新型催化剂。本文围绕以上两方面的内容作了如下工作:
   1、利用溶胶凝胶法制备了一系列xMOy/Ce0.9M0.1–xO2–δ (M = Cu,Ni,Co,Fe) (Ce-M)催化剂,并利用酸处理的方法得到了Ce0.9M0.1–xO2–δ (HCe-M)。XRD和Raman结果表明Ce-M催化剂表面包含MOy物种和Ce0.9M0.1–xO2–δ固溶体,而HCe-M催化剂只包含Ce0.9M0.1–xO2–δ固溶体。CO氧化测试结果表明Ce-M催化剂的活性按照以下次序Ce-Cu ﹥ Ce-Ni ﹥ Ce-Co ﹥ Ce-Fe递减,但均高于HCe-M催化剂的CO氧化活性。HCe-M催化剂和它们的还原性有很大的关系。而Ce-M催化剂的催化活性较高是由于催化剂表面的MOy物种和Ce-M-O固溶体的协同作用。其中,MOy物种提供CO分子吸附位,而Ce-M-O固溶体促使氧的活化。
   2、以SiO2为载体,采用浸渍法分步负载制备了PdO-CeO2/SiO2催化剂。比较了催化剂表面自由态的PdO和CexPd1–xO2–δ固溶体中Pd2+的CO氧化活性。运用X射线衍射(XRD),程序升温还原(H2-TPR),拉曼光谱(Raman),CO化学吸附,物理吸附(BET)等技术对催化剂进行了表征。结果表明,利用酸处理的方法可以将自由态的PdO和CexPd1–xO2–δ固溶体中Pd2+分开。600 oC焙烧的PdO-CeO2/SiO2催化剂具有较高的CO氧化反应性能。CO化学吸附实验结果表明,自由态的PdO的活性要高于CexPd1–xO2–δ固溶体中Pd2+的活性,转换频率分别为分别为3.27×10–2 s–1和0.49×10–2 s–1。PdO-CeO2/SiO2催化剂的活性要高于PdO/SiO2催化剂的活性。这是归因于催化剂中自由态PdO和CexPd1–xO2–δ固溶体中Pd2+的协同作用。
   3、以SBA-15和KIT-6为模板制备了介孔Pd/Co3O4催化剂,利用溶胶凝胶法制备了尖晶石类CoCr2O4催化剂。并比较了介孔催化剂和尖晶石类催化剂的CH4催化燃烧活性。结果表明,Pd/Co3O4-3D和CoCr2O4催化剂的活性较为接近。从催化剂活性及实际应用的角度来讲,尖晶石类催化剂更具有应用前景及应用价值。同时,在CoCr2O4催化剂掺杂Cu、Ni、Mn、Sn等离子均未能提高该催化剂的CH4氧化活性。
   关键词:CO氧化;CH4氧化;过渡金属;介孔Co3O4;尖晶石
  
   目 录
   摘 要 I
   ABSTRACT III
   目 录 V
   第一章 绪论 1
   1.1 引 言 1
   1.2 CO氧化反应概述 1
   1.2.1 贵金属催化剂 1
   1.2.1.1 Pd、Pt催化剂 1
   1.2.1.2 Au催化剂 2
   1.2.2 非贵金属催化剂 4
   1.2.3 氧空位的作用 6
   1.3 CH4催化燃烧研究概述 6
   1.3.1 CH4催化燃烧催化剂中的活性组分 8
   1.3.2 载体对CH4催化燃烧催化剂的的影响 9
   1.3.3 助剂Ce对CH4催化燃烧催化剂的影响 10
   1.3.4 前驱体对CH4催化燃烧催化剂的影响 11
   第二章 实验部分 13
   2.1 催化剂的制备 13
   2.1.1 化学试剂 13
   2.1.2 实验仪器与设备 13
   2.1.3 催化剂的制备 14
   2.2 催化剂的表征 14
   2.2.1 X-射线粉末衍射(XRD) 14
   2.2.2 比表面积测定(BET) 14
   2.2.3 拉曼光谱表征(Raman) 14
   2.2.4 透射电子显微镜(TEM) 15
   2.2.5 X射线荧光光谱(XRF) 15
   2.2.6 程序升温还原(H2-TPR) 15
   2.2.7 CO吸附的原位漫反射红外光谱(DRIFT) 15
   2.2.8 CO化学吸附表征 16
   2.3 CO和CH4氧化反应活性评价 17
   第三章 探究xMOy/Ce0.9M0.1–xO2–δ (M = Cu, Co, Ni, Fe)催化剂中MOy和Mn+物种在CO氧化反应中的作用 19
   3.1 引言 19
   3.2 实验部分 20
   3.2.1 催化剂制备 20
   3.2.2 CuO分散度的测定 21
   3.2.3 反应速率及TOF计算 22
   3.3 实验结果与讨论 23
   3.3.1 实验结果 23
   3.3.1.1 催化剂结构表征 23
   3.3.1.2 催化剂的CO吸附的DRIFT光谱 28
   3.3.1.3 催化剂的CO活性测试结果 29
   3.3.2 讨论部分 31
   3.3.2.1 催化剂的结构性质 31
   3.3.2.2 催化剂表面的MOy物种和氧空位在CO氧化反应中的作用 31
   3.4 结论 34
   第四章 PdO-CeO2/SiO2催化剂中自由态PdO和Pd2+的CO氧化活性比较 35
   4.1 引言 35
   4.2 实验部分 36
   4.2.1 PdO-CeO2/SiO2催化剂制备 36
   4.2.2 转换频率(TOF)计算 36
   4.3 实验结果 37
   4.3.1 PdO-CeO2/SiO2催化剂的XRD表征结果 37
   4.3.2 PdO-CeO2/SiO2催化剂的Raman表征结果 38
   4.3.3 PdO-CeO2/SiO2催化剂的H2-TPR表征结果 40
   4.3.3 PdO-CeO2/SiO2催化剂的TEM表征结果 41
   4.3.4 PdO-CeO2/SiO2催化剂的CO催化氧化活性评价 42
   4.4 结果与讨论 43
   4.5 本章小结 44
   第五章 介孔Pd/Co3O4催化剂及尖晶石类催化剂CH4催化燃烧性能的初步探索及展望 46
   5.1 引言 46
   5.2 实验部分 47
   5.2.1 SBA-15的制备 47
   5.2.2 KIT-6的制备 48
   5.2.3 纳米Co3O4的制备 48
   5.2.4 介孔Co3O4的制备 48
   5.2.5 Pd/Co3O4-3D, Pd/Co3O4-2D, Pd/Co3O4-nano催化剂的制备 49
   5.2.6 CoCr2O4催化剂的制备 49
   5.3 催化剂的CH4催化燃烧活性评价 49
   5.4 展望 52
   参考文献 54
   攻读学位期间取得的研究成果 70
   致 谢 71
   浙江师范大学学位论文独创性声明 72
   学位论文使用授权声明 72

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