铈基碳烟燃烧催化剂的制备及其作用机理的研究.doc

铈基碳烟燃烧催化剂的制备及其作用机理的研究随着全球能源危机的持续和环保压力的日趋增长,人们开始越来越多的关注柴油车燃料利用的高效性和清洁性。柴油车尾气中的碳烟颗粒对环境和人类身体健康造成了极大的危害,碳烟的起燃温度通常要在580℃以上,所以要想实现工况温度下（170-400℃）下脱除碳烟就需要在柴油车尾气处理装置中添加碳烟燃烧催化剂。相比与传统Pt/Pd贵金属催化剂,铈基催化剂不仅价格便宜,且在掺杂铜锰改性后也能表现出不亚于贵金属催化剂的优异碳烟燃烧活性。本文通过溶胶凝胶法（Sol-Gel）制备出不同铜锰含量的铈基复合氧化物催化剂,首先通过N₂-吸脱附曲线,XRD,H₂-TPR,O₂-TPD等表征手段和NO/O₂气氛下的碳烟燃烧实验确定最佳铜（锰）铈比,然后通过单因素法优化合成温度、加料方式、搅拌速度、水添加量、柠檬酸/M^x+比例、表面活性剂类型、干燥温度等催化剂制备条件。得出如下结论:催化剂最佳摩尔组成比为1/9（CuCe）和1/1（MnCe）,合成温度选择80℃、加料方式采用逐滴滴加、表面活性剂选择聚乙二醇20000、去离子水添加量为20ml、柠檬酸/M^x+比例采用1.5（CuCe）和2（MnCe）、干燥温度80℃。由于热稳定性对于催化剂的工业化推广非常重要,所以本文也进行了催化剂热稳定性测试,发现锰铈催化剂有相对较好的热稳定性。碳烟燃烧反应进行时,催化剂表面吸附物种尤其是高价态的氮氧物种可有效促进碳烟燃烧反应的进行,为了探究具体哪种形态的氮氧物种对碳烟燃烧活性影响最大,本文做了如下工作:利用NO-TPO、NO₂-TPD、FT-IR和in-situDRIFTS等方法对NO在锰铈催化剂上的吸附和氧化行为进行了分析表征,发现低温时（100-200℃）催化剂上的氮氧物种主要以亚硝酸根和单齿硝酸根为主,随着温度升高再逐渐转变为热稳定性更好的双齿和离子硝酸根;对1000ppmNO/10%O₂/N₂气氛下锰铈催化剂催化氧化碳烟颗粒的过程进行了原位红外光谱跟踪研究,得出结论:催化剂中储存的双齿硝酸根和离子硝酸根可能会直接与碳烟颗粒反应生成C（O）或CO₂,C（O）再进一步被氧化为CO₂。