碳煙燃燒鈰基催化劑構(gòu)建設計及應用.pdf

1、柴油顆粒過濾器(DPF)結(jié)合可再生的催化燃燒技術(shù)是一種有效的碳煙(Soot)后處理方式。而選擇一種具有高活性和穩(wěn)定性的催化劑對DPF的再生是極其重要的。論文以高活性的CeO2基催化劑為目標，將Pr和Mn分別引入CeO2晶格制備CePr和CeMn催化劑，研究不同特性的離子對CeO2基催化劑催化碳煙燃燒性能的影響，并對CePr催化劑進行結(jié)構(gòu)設計，通過一系列表征技術(shù)探究催化劑結(jié)構(gòu)對活性的影響，得到的主要研究成果如下:
　　(1)Mn與P

2、r都能與CeO2形成立方螢石結(jié)構(gòu)固溶體。固溶體結(jié)構(gòu)中存在三種氧物種:晶格氧OⅠ(O2-)、晶格缺陷產(chǎn)生的氧物種OⅡ(O2-，O22-和O-)和羥基及吸附分子水的氧OⅢ。其中缺陷產(chǎn)生的中間活性氧OⅡ是碳煙燃燒的關(guān)鍵因素。CePr固溶體中三種氧物種都存在，各氧物種之間的轉(zhuǎn)化通道(OⅠ←→OⅡ→OⅢ)很完整，活性氧OⅡ可以不斷得到補充，所以催化碳煙燃燒速率較快。老化后氧物種轉(zhuǎn)化通道仍保持完整，高溫熱穩(wěn)定性好。CeMn固溶體表面活性氧較多，因此

3、低溫活性高，但其只存在OⅠ、OⅡ兩種氧物種，氧物種之間的轉(zhuǎn)化通道被阻斷，活性氧OⅡ消耗完了不能得到補充，因此燃燒速率慢，且高溫老化后發(fā)生相態(tài)分離，伴隨Mn2O3在固溶體表面析出。
　　(2)采用固相研磨法可制備得到不同結(jié)構(gòu)的CePr催化劑:CePr-NN（固溶體結(jié)構(gòu)）、CePr-NO（CeO2@Pr6O11結(jié)構(gòu)）、CePr-ON(Pr6O11@CeO2結(jié)構(gòu))、CePr-OO（顆粒界面接觸結(jié)構(gòu)），CeO2是Ce-Pr復合氧化物的活性

4、相結(jié)構(gòu)。催化劑表面構(gòu)建更多的CeO2可有效地降低碳煙的起燃溫度。而高熱穩(wěn)定性的Pr6O11作為CeO2的支撐相，提高了Ce-Pr的穩(wěn)定性。此外，以硝酸鹽的形式將Pr引入CeO2晶格可以有效提高CePr催化劑的OSC能力以及200～400℃之間活性氧的移動性，從而在不影響碳煙的起燃溫度下加快碳煙燃燒的速率。究其原因，主要是因為以硝酸鹽為前體制備Ce-Pr時，熱處理過程中形成的“熔融態(tài)”能使Ce-Pr快速達到分散，說明Ce-Pr原子在固溶體