溶膠-凝膠-超臨界CO-,2-干燥制備ZrO-,2-及其催化性能研究.pdf

1、近年來，ZrO2作為催化劑和催化劑載體已受到廣泛的關(guān)注，ZrO2具有高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)大、耐磨性好、抗腐蝕性能優(yōu)良的特點(diǎn)，其表面同時(shí)具有酸堿性和氧化還原性，它又是p型半導(dǎo)體，易于產(chǎn)生氧空穴，作為催化劑載體可與活性組分產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用。 CO是最主要的空氣污染物之一，對(duì)CO催化氧化的研究有著很重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。CO低溫凈化所采用的貴金屬催化劑一般以Pt、Pd等為主要的活性組分，它通常表現(xiàn)出較高的催化活性，

2、但是價(jià)格比較昂貴，而Au價(jià)格比Pt，Pd低很多，儲(chǔ)量也多，故而若能將Au催化劑應(yīng)用于CO的催化氧化，其應(yīng)用前景十分廣闊。 本論文以無機(jī)鹽氧氯化鋯(ZrOCl2·8H2O)和尿素(CO(NH2)2)為原料，采用溶膠-凝膠法、結(jié)合超臨界CO2流體干燥制備ZrO2氣凝膠，然后用氯金酸(HAuCl4·4H2O)溶液采用浸漬法制備了不同焙燒溫度及其不同Au負(fù)載量的Au/ZrO2負(fù)載催化劑，并研究其對(duì)CO氧化催化性能。 論文主要內(nèi)容

3、如下: 1.利用溶膠-凝膠-超臨界CO2干燥制備了不同ZrOCl2·8H2O初始濃度的ZrO2，并利用TG-DTA分析、SEM形貌粒度分析、N2物理吸附-脫附BET分析、XRD物相分析、FTIR紅外光譜對(duì)ZrO2樣品進(jìn)行了初步表征。 在超臨界干燥下制得的ZrO2晶粒近似球形，大小分布均勻，沒有明顯的團(tuán)聚，比表面積和粒徑隨著ZrOCl2·8H2O制備濃度不同而改變，濃度減小或增大比表面積都有所下降，粒徑也有所變大。且ZrO

4、2的晶相，隨著制備濃度的減小，ZrO2由單斜相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?。我們確定出前驅(qū)體ZrOCl2·8H2O的制備濃度為0.020mol/L、焙燒600℃下的ZrO2樣品粒徑最小20-180nm，比表面積最大44.08m2/g。 2.對(duì)制備的ZrO2進(jìn)行CO氧化催化測(cè)試，根據(jù)其催化結(jié)果，得到結(jié)果為:ZrOCl2·8H2O的制備濃度為0.020mol/L的ZrO2樣品對(duì)CO氧化的催化性能最好，催化反應(yīng)速率較快，反應(yīng)溫度較低，從300℃開

5、始氧化反應(yīng)，到450℃基本反應(yīng)結(jié)束，CO轉(zhuǎn)化率已基本為100％。其他ZrOCl2·8H2O制備濃度分別為0.050mol/L，0.005mol/L，0.010mol/L的幾個(gè)樣品則都是從400℃才開始氧化，到800℃時(shí)轉(zhuǎn)化率才達(dá)90％。 3.利用HAuCL4·4H2O采用浸漬法制備了不同焙燒溫度及其不同Au負(fù)載量的ZrO2負(fù)載型催化劑，并對(duì)制備的Au/ZrO2催化劑樣品進(jìn)行了XRD物相分析、N2物理吸附-脫附BET測(cè)試、透射電子

6、顯微鏡(TEM)分析、X光電子能譜(XPS)分析等對(duì)它們進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性能表征。 XRD研究結(jié)果顯示，二次燒結(jié)后Au/ZrO2催化劑樣品中載體是晶型為單斜相占大比例的ZrO2(空間群P21/c)。與二次燒結(jié)前相比，樣品的結(jié)晶度更好一些。XRD圖中一定量的彌散的非晶態(tài)衍射峰說明摻雜的活性組分Au可能以非晶態(tài)存在，衍射線增寬，說明粉體有納米晶。與載體ZrO2相比，Au負(fù)載量為0.76％的Au/ZrO2催化劑比表面積較大，Au負(fù)載量為1.

7、70-5.60％(wt％)的Au/ZrO2催化劑的比表面積有所下降。焙燒210℃、Au負(fù)載量2.79％的催化劑樣品比表面積27.2687m2/K，粒徑最小，在20-30nm之間，且催化劑中Au顆粒粒徑也很均勻，平均在3.5nm。Au/ZrO2載體催化劑的XPS測(cè)試圖中，從電子結(jié)合能來看，催化劑樣品中有Au4f電子，且都有兩個(gè)Au的XPS信號(hào)峰，并具有83.5eV和87.0ev附近的電子結(jié)合能量，結(jié)合文獻(xiàn)分析，可知Au顯示為Au04f7/

8、2和4f5/2電子。所以我們確定負(fù)載的Au催化劑Au/ZrO2成功制各得到，與TEM電鏡照片上金粒觀察結(jié)果及BET比表面積測(cè)試結(jié)果相吻合。 4.對(duì)制備的各Au/ZrO2催化劑樣品進(jìn)行CO氧化催化測(cè)試，與ZrO2樣品對(duì)CO氧化催化測(cè)試進(jìn)行比較后，得知含Au的Au/ZrO2催化劑對(duì)CO氧化催化性能較好，并對(duì)不同焙燒溫度的Au/ZrO2載體催化劑，以及不同的Au負(fù)載量的Au/ZrO2進(jìn)行催化性能比較。從不同Au/ZrO2載體催化劑的C