柴油车排气净化催化剂表面活性氧的研究

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随着经济的高速发展,机动车数量的持续增长,车辆排放造成的环境污染问题日趋严重。柴油车因其效率高、节油效果显著,得到了许多国家的重视,使得汽车柴油化已经成为一种不可逆转的趋势。可以预言,在今后数十年内,柴油发动机将成为世界车用动力的主流趋势。然而由于柴油发动机燃烧方式不同,柴油车会排放出大量的黑烟,由于其起燃温度高,成为排放控制中一个棘手的问题。因此,对柴油车排气净化的研究具有很紧迫的意义。 本文系统地阐述了柴油车排放污染物的组成、危害以及其控制技术,包括机前控制、机内控制和排气后处理。对柴油车排气净化催化剂进行了分类概括,以及对催化剂表面活性氧的研究进行了概述。对催化剂催化氧化柴油车颗粒物的研究文献进行了分析,提出催化剂催化燃烧柴油车颗粒物主要是两种机理在其中起作用:一种是通过催化剂表面低熔点,迁移能力强的组分促进碳烟低温燃烧;一种是通过催化剂表面的活性氧种活化燃烧碳烟。由于低熔点的活性组分容易在排气管路中受到排气流反复的强力冲击而导致活性组分流失,最终会导致催化剂失去活性,这使得该机理在实际使用中可行性不大。基于此,本文将催化剂表面活性氧在催化剂催化燃烧碳烟中的作用作为我们的方向。 研究的催化剂共分三个体系:1)过渡金属稀土复合氧化物,包括(Fe、V、Mn.Co和Cu)/Ce复合氧化物;2)钙钛矿LaCoO<,3>催化剂体系,主要包括负载型和掺杂型钙钛矿;3)贵金属催化剂,主要包括贵金属负载型催化剂和贵金属取代型催化剂。通过热重分析仪(TG)、程序升温氧化(TPO)、程序升温还原(H<,2>-TPR)、比表面积(BET)、X-射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(LRS)、电子自旋共振(EPR)、带能谱的扫描电子显微镜(SEM-EDS)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱仪FT-IR、X-射线光电子能谱仪(XPS)等表征手段对样品进行了测试。 经过研究得出了以下一些结论:1)共沉淀法制备过渡金属(Fe、V、Mn,Co和Cu)/Ce复合氧化物,不同程度地形成了固溶体,还原性增强,还原峰向低温移动,耗氢量增加。过渡金属的添加提高了催化剂催化燃烧碳烟的催性,其中Fe/Ce复合氧化物显示出了最高的活性,最大燃烧速率时的温度降到了417℃。2)不同摩尔比例Fe/Ce制备的混合氧化物,铁和铈相互作用不同,混合氧化物的耗氢量也产生了巨大的差异,催化燃烧碳烟的活性也不同。Fe/Ce的摩尔比例是2:4时,催化剂的活性最高;3)铈锆固溶体负载钙钛矿LaCoO<,3>不会因为与活性组分的交叉作用影响钙钛矿的生成,且铈锆固溶体有利于钙钛矿的分散。30%的钙钛矿负载量的活性最高。载体中少量组分进入钙钛矿相更有利于产生缺陷,增加了O<->的浓度,提高钙钛矿的活性。4)铈锆镧钴混合氧化物中,少量的铈锆掺杂钙钛矿可以提高O<->的浓度,提高钙钛矿催化燃烧碳烟的活性。5)适量的贵金属负载和取代有助于提高了催化剂的催化活性,可能归于贵金属作为氧溢出的窗口,促进表面氧溢出。6)催化剂催化燃烧碳烟的活性与表面弱结合的氧种O<->的含量有着直接的关系,同体系的单位质量催化剂表面O<->量越大,催化燃烧碳烟的活性越高。
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