高溫Pd基密偶催化劑用于汽車冷啟動尾氣消除的研究.pdf

1、進入21世紀，汽車尾氣污染日益成為全球性問題。為了減少汽車尾氣污染，各國都制定了相關(guān)的排放法規(guī)，隨著超低排放和零排放的標準提出，傳統(tǒng)的三效催化劑已經(jīng)無法滿足要求。為了彌補三效催化劑的不足，科學(xué)家提出了密偶催化劑的概念。密偶催化劑安裝在發(fā)動機尾氣歧管處用以消除尾氣中燃燒不完全的碳氫化合物和一氧化碳。本文研究了高溫Pd基密偶催化劑應(yīng)用在汽車冷啟動階段尾氣的消除。論文以傳統(tǒng)的Pd/Al2O3催化劑催化丙烷(C3H8)完全氧化為研究對象，考察了

2、助劑摻雜及助劑含量對催化劑性能的影響，并對貴金屬Pd的前驅(qū)體進行了篩選。同時論文對Pd基密偶催化劑的抗硫能力，再生能力和抗水能力也進行了研究。
　　 論文首先采用超聲輔助浸漬法在Pd/Al2O3催化劑中摻雜助劑Ce-Zr，并優(yōu)化了Ce-Zr的比例?；钚詼y試結(jié)果表明，摻雜助劑Ce-Zr后催化劑的活性和穩(wěn)定性均有明顯的提高。XRD表征結(jié)果證明，Ce-Zr能形成固溶體，對提高催化劑的活性和熱穩(wěn)定性均有正效應(yīng)。同時，從XRD表征結(jié)果也可

3、以看出，Ce-Zr固溶體的形成可以有效抑制載體和活性組分貴金屬的燒結(jié)。對助劑Ce-Zr比例的優(yōu)化結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當Ce/Zr=1:4時，載體中同時存在Ce-Zr固溶體和ZrO2的情況下，活性提升最明顯。H2-TPR表征結(jié)果表明，該催化劑中Pd物種還原溫度最低。
　　 確定助劑Ce-Zr比例后，考察了第三種助劑添加對催化劑性能的影響。采用超聲輔助浸漬法制備了一系列Pd/Ce-Zr-M/Al2O3(M=Y，Ca，Ba)催化劑?；钚詼y試結(jié)果

4、顯示，摻雜Y的催化劑1100℃焙燒后活性最好。雖然該催化劑的比表面積比900℃焙燒的催化劑的比表面積有所減小，但XRD表征結(jié)果表明，助劑Y的摻雜能夠有效抑制貴金屬Pd的燒結(jié)，活性組分仍然能保持較小的顆粒。這與TPHD，CO-脈沖吸附及TEM表征結(jié)果一致。從上述表征結(jié)果推測出活性組分Pd顆粒的分散度越高，催化劑活性越好。當催化劑焙燒溫度提高至1100℃時，活性組分Pd顆粒分散度下降，但催化劑活性卻反而有所升高。這可能是由活性相發(fā)生變化以及

5、活性組分與載體之間強相互作用所導(dǎo)致了的。XPS表征數(shù)據(jù)了證明，助劑Y的摻雜使得貴金屬Pd與催化劑載體的作用加強。結(jié)合XRD，H2-TPR和O2-TPD表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Pd與PdO的同時存在可能是導(dǎo)致C3H8氧化提高的原因，反應(yīng)活性的提升緣于Pd與PdO的協(xié)同效應(yīng)，該活性位對對活性增加有較大貢獻。證明了Y的摻雜對此體系是有正效應(yīng)的。
　　 對助劑Y的摻雜量進行了對比和優(yōu)化。C3H8完全氧化活性測試結(jié)果表明，摻雜5％Y的催化劑1100

6、℃焙燒后活性最好。XRD，TPHD，O2-TPD，CO-脈沖吸附及TEM表征結(jié)果顯示該催化劑中Pd顆粒最小，分散度最高。經(jīng)過抗水性能測試后，其結(jié)果表明，同樣摻雜5％Y的催化劑其抗水性能較好，通水和停水后均能顯示較好的活性數(shù)據(jù)，其他催化劑由于分散度太低而導(dǎo)致羥基難以脫去而失活，本文根據(jù)抗水測試結(jié)果和Pd分散度的數(shù)據(jù)假設(shè)了四種機理。
　　 本文最后對不同貴金屬Pd的前驅(qū)體選擇進行了初步研究。通過活性對比，發(fā)現(xiàn)以硝酸鈀為前驅(qū)體制得的催

7、化劑1100℃焙燒后活性最好，H2-TPR數(shù)據(jù)也顯示其還原峰溫度最低。結(jié)合已有的工作結(jié)論和XRD，TPHD，TEM和CO-脈沖吸附結(jié)果，我們得出使用硝酸鈀前驅(qū)體在焙燒后得到的催化劑中Pd物種的分散度最高。TPO結(jié)果顯示硝酸鈀前驅(qū)體制得的催化劑熱穩(wěn)定性比較好，冷卻時金屬Pd也能在較高溫度重新氧化為PdO，使催化劑的活性穩(wěn)定。
　　 經(jīng)過一系列實驗和表征，本文篩選出了具有良好高溫穩(wěn)定性和低溫活性的用以消除汽車冷啟動排放尾氣消除的密偶