柴油機(jī)尾氣中PM和NO-,x-在復(fù)合金屬氧化物上同時(shí)催化去除的基礎(chǔ)研究.pdf

1、汽油機(jī)和柴油機(jī)是汽車最主要的動(dòng)力源，而柴油機(jī)以其低油耗、高功率、耐久性好的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為車用動(dòng)力的首選。但是，柴油機(jī)的尾氣排放中的有害物質(zhì)給環(huán)境和人類健康帶來了嚴(yán)重的危害，其中較高的碳顆粒物（PM）和氮氧化物（Nox）排放成為限制柴油機(jī)發(fā)展的主要障礙。柴油機(jī)排氣污染的控制是當(dāng)今能源與環(huán)境領(lǐng)域一個(gè)重大研究課題。 目前柴油機(jī)排氣控制的主要難點(diǎn)是PM和Nox的排放控制。由于PM和Nox生成機(jī)理的不同，為了達(dá)到同時(shí)降低PM和Nox的目的

2、，單純的使用機(jī)內(nèi)控制技術(shù)難以達(dá)到要求，因此柴油機(jī)后處理技術(shù)的研究勢(shì)在必行。 本文對(duì)復(fù)合金屬氧化物同時(shí)催化去除柴油機(jī)排放的Nox和PM做了基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)研究。模擬柴油機(jī)排氣環(huán)境，采用程序升溫反應(yīng)技術(shù)，以碳黑模擬柴油機(jī)尾氣中的PM，以復(fù)合金屬氧化物為催化劑，在同一催化床層上使碳黑和Nox互為氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)污染物的同時(shí)催化去除。并運(yùn)用多種現(xiàn)代分析技術(shù)，揭示了催化劑結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，分析了催化劑同時(shí)催化去除碳黑和Nox的機(jī)理。具體

3、工作如下： 1．研究了負(fù)載K和不同過渡金屬在稀土基復(fù)合金屬氧化物上的催化劑的催化活性，探討了不同過渡金屬負(fù)載量對(duì)碳黑－氮氧化物（C-Nox）同時(shí)催化去除活性的影響。研究結(jié)果表明，與其他稀土氧化物相比，Nd2O3催化活性最高，負(fù)載Cr的催化劑具有最好的碳黑催化活性，當(dāng)其負(fù)載量為10wt％時(shí)，碳黑的起燃溫度Ti比非催化燃燒時(shí)低250?C左右，負(fù)載Mn具有最大的Nox→N2轉(zhuǎn)化率XN2max，復(fù)合晶相的生成能提高C-Nox同時(shí)催化去除

4、活性。 2．以穩(wěn)態(tài)共沉淀法合成的含過渡金屬的類水滑石納米復(fù)合材料M(П)Al-HT（M代表Co、Mn和Cu）為前體，制備了CoCuAlO（CAO）和CoMnAlO（CMAO）兩類具有介孔結(jié)構(gòu)特性的復(fù)合氧化物催化劑。研究了過渡金屬取代量對(duì)物相組成、熱穩(wěn)定性、孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及氧化還原性能的影響。研究表明，CAO和CMAO具有良好的同時(shí)催化去除C-Nox的能力；隨著Cu、Mn取代量的增加，催化活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)；其中CAO2具

5、有最佳的碳黑催化燃燒活性，其Ti值為222?C；而CMAO1對(duì)Nox的催化還原活性則最高，其Nox→N2的最大轉(zhuǎn)化率XN2max高達(dá)41％；類水滑石為前驅(qū)物的催化劑的介孔結(jié)構(gòu)有利于氣體分子的吸附、擴(kuò)散和脫附，因而具有較高的C-Nox的同時(shí)去除的催化活性。 3．通過低溫液相催化相轉(zhuǎn)化的方法制備出化學(xué)性質(zhì)和晶相穩(wěn)定的NiFe2O4納米粒子，采用XRD、BET、TEM等手段對(duì)其進(jìn)行表征，并與傳統(tǒng)固相法制備的NiFe2O4進(jìn)行比較。結(jié)果

6、表明，不同方法制備的NiFe2O4都能在緊接觸時(shí)在富氧條件下使碳黑和Nox發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)生成CO2和N2，其中低溫液相催化相轉(zhuǎn)化法制備的NiFe2O4納米粒子在松接觸條件下的起燃溫度Ti為282?C，Nox的最大轉(zhuǎn)化率XN2max為14.1％。液相催化相轉(zhuǎn)化法制得的NiFe2O4具有活性高且在高溫煅燒后未失活的特點(diǎn)，對(duì)比傳統(tǒng)方法制備的催化劑，更能顯著降低碳黑的起燃溫度。 4．以納米NiFe2O4為催化劑，研究了碳黑含量、N

7、O濃度、O2濃度、氣體流速、催化劑與碳黑接觸方式以及催化劑重復(fù)使用對(duì)同時(shí)催化去除C-Nox的影響。研究發(fā)現(xiàn)，碳黑含量和氣體流速變化對(duì)Ti影響不大，而NO或O2濃度的增加提高了起燃活性，但對(duì)NO最大轉(zhuǎn)化率XN2max影響不大；良好的接觸狀況有利于碳黑和Nox的同時(shí)催化去除，雖然松接觸狀況下催化活性有所下降，但仍然保持了較高的水平；催化劑經(jīng)重復(fù)使用后活性幾乎沒有改變。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合催化反應(yīng)歷程及前人對(duì)反應(yīng)機(jī)理的探討，推測(cè)了納米NiFe2O