柴油煙氣凈化的四效催化劑研究.pdf

1、柴油煙氣中CO、CxHy、PM和NOx是環(huán)境污染的元兇巨惡，催化氧化—還原后處理技術(shù)是凈化柴油煙氣最行之有效的方法。研究?jī)r(jià)格低廉、催化效率好的催化劑刻不容緩。鈣鈦礦型四效催化劑對(duì)凈化柴油煙氣的催化效率高，尤其是La-K-Co-Mn-O型催化劑。
　　本文利用化學(xué)裁剪法以K離子部分取代鈣鈦礦LaCoO3 A位上的La離子，以 Mn（Mn2+、Mn3+、Mn4+、Mn5+、Mn6+、Mn7+）部分取代 LaCoO3 B位上的Co（Co

2、2+、Co3+、Co4+），采用溶膠-凝膠法、檸檬酸絡(luò)合法及溶液燃燒法合成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的四效催化劑活性組分 La1-xKxCo1-yMnyO3。采用溶液浸漬法或懸濁液淤漿法將 La1-xKxCo1-yMnyO3浸漬到蜂窩陶瓷載體上，得到鈣鈦礦型催化劑。通過(guò)自制的性能評(píng)價(jià)裝置及柴油機(jī)車(chē)尾氣的模擬煙氣進(jìn)行脫除CO、CxHy、PM和NOx的性能試驗(yàn)，并通過(guò)BET、XRD、SEM、EDS等表征方法進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：
　　選取La0

3、.8K0.2Co0.8Mn0.2O3和La0.8K0.2Co0.7Mn0.3O3為研究對(duì)象，根據(jù)催化氧化還原CO、CxHy、PM和NOx轉(zhuǎn)化率的大小，活性組分的煅燒合成溫度排序?yàn)椋?50℃>800℃>700℃>900℃>600℃；750℃煅燒6 h合成的催化劑催化氧化CO、CxHy、PM的轉(zhuǎn)化率分別為99.9％、95.4%、90.3%，PM的起燃溫度為225℃，最大轉(zhuǎn)化率溫度為318℃，NOx的最大轉(zhuǎn)化率為73.6%。
　　以75

4、0℃煅燒6 h合成的La0.8K0.2Co0.7Mn0.3O3為對(duì)象，溶液浸漬法制備的催化劑比懸濁液淤漿法負(fù)載的催化效果好。中間層γ-Al2O3的粘度強(qiáng)度和涂覆量影響催化劑活性組分浸漬量和使用壽命。活性組分含量決定著催化劑的催化性能。試驗(yàn)結(jié)果得出：溶液浸漬法、γ-Al2O3含量為載體質(zhì)量的10%、活性組分含量為載體質(zhì)量的10%是整體式催化劑最優(yōu)的選擇?？杖急葲Q定CO、CxHy、PM與 NOx相互反應(yīng)的徹底性，實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)表明：氣體總體

5、積4%的氧對(duì)同時(shí)去除CO、CxHy、PM和NOx最為合適。
　　x=0.1、0.2、0.3、0.4與y=0.1、0.2、0.3、0.4的La1-xKxCo1-yMnyO3均具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)晶體的特征峰，K+部分取代LaCoO3的La3+后，部分Co3+向Co4+轉(zhuǎn)變，同時(shí)存在 Co3+與 Co4+，Co4+離子半徑小于Co3+，晶格出現(xiàn)細(xì)微畸變。Mn取代LaCoO3的Co后，Mn3+的離子半徑小于Co3+，也出現(xiàn)晶型畸變。當(dāng)K和Mn

6、同時(shí)取代部分La和Co時(shí)，畸變程度增加。少量的晶格畸變使用空隙增大，結(jié)構(gòu)空位及空位氧數(shù)量增多，比表面積增大，有利于四效脫除CO、CxHy、PM和NOx。當(dāng)X=0.2時(shí)，催化氧化PM的效果最好，達(dá)到93.8%；當(dāng)y=0.3時(shí)，催化氧化還原CO、CxHy、NOx的效果最佳，分別達(dá)到100%、99.9%、75.8%。
　　從熱力學(xué)角度看，CO、CxHy、PM和 NOx相互之間反應(yīng)的吉布斯自由能變量均小于零，說(shuō)明 CO、CxHy、PM均可