利用摻雜和取代改性的鈣鈦礦型催化劑去除柴油車(chē)尾氣碳煙顆粒物及NOx的探討.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，汽車(chē)已經(jīng)成為人類(lèi)生活生產(chǎn)過(guò)程中最重要的交通工具，隨之而來(lái)的尾氣污染問(wèn)題也逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。柴油車(chē)以其高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性備受關(guān)注，但其尾氣中的碳煙顆粒物和NOx是最主要且較難去除的污染物，如何提高二者的去除率，是控制柴油車(chē)尾氣排放的關(guān)鍵。因此，亟待尋找一種高性能的催化劑達(dá)到同時(shí)高效去除柴油車(chē)尾氣中的碳煙顆粒物和NOx。鈣鈦礦型催化劑材料以其高催化性能被認(rèn)為是最具潛力的新型柴油車(chē)尾氣處理催化劑。

2、　　本文選用鈣鈦礦型催化劑LaCoO3作為基礎(chǔ)催化劑，選擇檸檬酸絡(luò)合法在不同的制備條件下進(jìn)行催化劑前體的制備，并采用堿金屬離子（K+）和過(guò)渡金屬離子（Mn2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+）分別對(duì)鈣鈦礦型催化劑的A位和B位離子進(jìn)行摻雜取代，利用常壓固定床反應(yīng)裝置對(duì)所制得的催化劑進(jìn)行催化活性實(shí)驗(yàn)，考察A位和B位離子的摻雜取代對(duì)鈣鈦礦型催化劑催化性能的影響。通過(guò)SEM，XRD，BET，F(xiàn)T-IR等手段對(duì)反應(yīng)前后的催化劑形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并

3、進(jìn)一步探討其催化機(jī)理。
　?。?）通過(guò)改變制備催化劑前體溶液的pH和煅燒溫度，制備不同的LaCoO3催化劑樣品，考察不同的制備條件對(duì)合成鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的影響。將所合成的催化劑樣品進(jìn)行催化性能測(cè)試，結(jié)合各樣品的XRD、SEM和BET等表征分析，發(fā)現(xiàn)過(guò)高的煅燒溫度容易發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象，使催化劑比表面積下降。酸性條件較堿性條件更有利于絡(luò)合反應(yīng)。因而選擇前驅(qū)體溶液pH=4、煅燒溫度為650℃條件下進(jìn)行改性鈣鈦礦型催化劑的制備。
　?。?）

4、選用堿金屬離子K+對(duì)鈣鈦礦型復(fù)合氧化物ABO3中A位La基離子進(jìn)行摻雜取代，采用檸檬酸絡(luò)合法制備改性鈣鈦礦型催化劑La1-xKxCoO3（x=0~0.5）樣品，通過(guò)固定床實(shí)驗(yàn)及表征分析考察K+的La基摻雜取代量對(duì)柴油車(chē)尾氣中碳煙顆粒物和氮氧化物去除效率的影響。隨著K+摻雜量的增加，越來(lái)越多的K+遷移到鈣鈦礦的晶格內(nèi)，增加了鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)中的氧空位，降低了Soot的氧化燃燒溫度，改善了所制得的催化劑的性能。當(dāng)K+取代量x=0.3時(shí)，La1-

5、xKxCoO3樣品催化脫除效率最高，對(duì)Soot和NO去除率分別可以達(dá)到84.7％和80.8%。
　?。?）選擇Mn2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+四種過(guò)渡金屬離子對(duì)鈣鈦礦型復(fù)合氧化物ABO3中的B位Co基離子進(jìn)行摻雜取代，制得鈣鈦礦型催化劑LaCo1-yMyO3樣品，取代量y=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5，通過(guò)一系列表征分析和催化活性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過(guò)渡金屬離子對(duì)B位的摻雜取代并不改變鈣鈦礦型的晶體結(jié)構(gòu)，并且在對(duì)Soot和NO

6、的催化方面有更強(qiáng)的催化活性。其中Mn2+的摻雜取代量y=0.4時(shí)，改性鈣鈦礦型催化劑對(duì)Soot的去除率達(dá)到89.2%，對(duì)NO的催化效率高達(dá)84.5%。
　?。?）采用取代量x=0.3的K+進(jìn)行A位La基摻雜取代的同時(shí)，將Mn2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+以實(shí)驗(yàn)所得的最佳取代量對(duì)B位離子分別進(jìn)行摻雜取代改性。通過(guò)固定床實(shí)驗(yàn)和一系列表征分析對(duì)四種A、B位共同摻雜取代的改性鈣鈦礦型催化劑進(jìn)行催化性能評(píng)價(jià)，認(rèn)為改性鈣鈦礦型催化劑La0

7、.7K0.3Co0.6Mn0.4O3對(duì)Soot和NO的去除率最高，去除率分別可以達(dá)到92.8%和93.4%，尤其大幅度提高了對(duì)尾氣中NO的去除率。
　　本文利用改性的鈣鈦礦型催化劑對(duì)模擬柴油車(chē)尾氣的碳煙顆粒物和氮氧化物進(jìn)行催化脫除，探討了利用A位和B位摻雜取代制備改性鈣鈦礦型催化劑，優(yōu)選出對(duì)Soot和NO高去除率的最佳改性金屬組合和配比，并探究其催化去除機(jī)理，獲得了一種高效去除柴油車(chē)尾氣Soot和NO的非貴金屬催化材料，可以為后續(xù)