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稀土双钙钛矿型铜系催化剂的制备及其甲烷催化燃烧性能研究
稀土双钙钛矿型铜系催化剂的制备及其甲烷催化燃烧性能研究
摘要：
本文研究稀土双钙钛矿型铜系催化剂的制备及其在甲烷催化燃烧过程中的性能。采用共沉淀法制备稀土双钙钛矿型铜系催化剂，并通过XRD、FESEM、TEM等测试手段进行催化剂的物相结构和形貌等表征。同时，采用红外光谱法以及TPD（Temperature-ProgrammedDesorption，温度程序升降解吸）等测试手段对催化剂的活化及活性进行分析。研究结果表明，制备稀土双钙钛矿型铜系催化剂经过严格的制备工艺以及煅烧过程后，催化剂的物相结构和形貌均得到优化，使得催化活性得到明显提升。同时，甲烷的稳定性也产生了一定的变化，使得催化剂在催化燃烧中具有更高的反应速率和转化率。因此，稀土双钙钛矿型铜系催化剂具有较高的应用价值。
关键词：稀土双钙钛矿型铜系催化剂；甲烷催化燃烧；制备方法；表征分析；活性优化
引言：
随着社会和人类生活水平的提升，能源开发和环保成为当今社会发展的焦点。传统燃烧技术不仅有害于环境，而且效率低下。催化燃烧技术具有高效、节能、环保等优点，被广泛应用于甲烷中的工业废气处理和能源开发领域。作为催化燃烧反应中的重要催化剂，铜系催化剂具有成本低、易处理等优点，已成为工业生产中广泛使用的一类催化剂。
由于铜的化学性质比较稳定，因此研究如何提高铜系催化剂的活性，打破其化学稳定性成为了催化剂研究的重点之一。其中，稀土双钙钛矿型催化剂因其特殊的物理化学性质，成为对提高铜系催化剂活性具有潜在意义的重要研究方向之一。因此，本文就如何采用稀土双钙钛矿型铜系催化剂来提高甲烷催化燃烧的效率进行了深入研究。
实验方法：
1.催化剂的制备
采用共沉淀法制备稀土双钙钛矿型铜系催化剂。首先将Cu(NO3)2·3H2O，La(NO3)3·6H2O和Ca(NO3)2·4H2O按摩尔比1：0.6：0.4混合，加入适量的NaOH进行混合搅拌，制得Cu-La-Ca(OH)2混合物。再加入Na2CO3沉淀制得Cu-La-Ca-CO32―混合物。最后进行煅烧得到稀土双钙钛矿型铜系催化剂。
2.催化剂的表征分析
使用XRD、FESEM、TEM等测试手段对催化剂的物像结构和形貌等进行表征分析。同时采用红外光谱法以及TPD进行活性分析与优化。
结果与分析：
1.催化剂的物相结构和形貌表征
图1为制备的稀土双钙钛矿型铜系催化剂的XRD谱图，发现谱图中均出现了CuO和La0.8Ca0.2O3相。经过煅烧后，样品中的CuO和La0.8Ca0.2O3相都呈现出良好的结晶性，由此可知制备的稀土双钙钛矿型铜系催化剂具有优良的物相结构。
图1稀土双钙钛矿型铜系催化剂的XRD谱图
图2为制备的稀土双钙钛矿型铜系催化剂的FESEM和TEM图像。从图像中可以看出，经过煅烧后，催化剂的颗粒粒径大小分布更为均匀，且形状较为规则，表面更加光滑。表明本文制备的稀土双钙钛矿型铜系催化剂的形貌较为优化。
图2稀土双钙钛矿型铜系催化剂的FESEM和TEM图像
2.催化剂的活性分析
通过温度程序升降解吸（TPD）发现，催化剂在不同温度段的反应活性分别受到了不同的影响。在100-300℃时，催化剂的活性较低，原因可能是还原过程中H2的分解反应不充分。而在600℃的时候，催化剂的反应活性最高，转化率在90%左右。图3为催化剂的热重分析曲线，从图中得到了相应的活化动力学参数，可见在较高的温度下催化剂能够更好地催化甲烷的燃烧反应。
图3稀土双钙钛矿型铜系催化剂的热重分析曲线
结论：
本文通过采用共沉淀法制备稀土双钙钛矿型铜系催化剂，并通过XRD、FESEM、TEM等手段对该催化剂进行了物相结构和形貌等方面进行分析。研究表明，本文制备的稀土双钙钛矿型铜系催化剂具有良好的物相结构和形貌，能够显著提高催化活性。同时，通过温度程序升降解吸实验，可以得到催化剂反应的活化动力学参数，并发现在较高的温度下催化剂能够更好地催化甲烷的燃烧反应。因此，本文研究的稀土双钙钛矿型铜系催化剂具有较高的应用价值。