鐵基類鈣鈦礦氧化物的甲烷純氧催化燃燒性能研究.pdf

1、天然氣(甲烷)是當今世界最主要的能源之一。然而，如同其它的化石燃料一樣，甲烷的燃燒過程中將不可避免的產(chǎn)生二氧化碳、有毒的一氧化碳和氮氧化物等氣體。催化燃燒是一種環(huán)境友好的技術(shù)。與普通燃燒方式相比，催化燃燒具有較高的燃燒效率與能量利用率。天然氣(CH4)較石油、煤等燃料污染程度低，在燃燒過程中所排放的CO2，SO2和NOx等污染物較少。天然氣催化燃燒可以實現(xiàn)污染物的超低排放，是一項很有前景的燃燒技術(shù)。對此人們進行了大量的研究。與此同時，隨

2、著溫室效應(yīng)的加劇，為減少CO2等溫室氣體對全球環(huán)境的進一步破壞，人們提出天然氣火力發(fā)電中CO2收集的設(shè)想。如捕獲前燃燒、捕獲后燃燒和純氧燃燒。在這三種途徑中，甲烷的純氧催化燃燒用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的甲烷空氣燃燒具有重要的意義，例如通過化學循環(huán)燃燒和先進零排放發(fā)電站，可以只產(chǎn)生水和二氧化碳，這樣有利于二氧化碳收集與儲存，從而減少二氧化碳對環(huán)境的破壞。 目前，在甲烷純氧催化燃燒技術(shù)中最大的困難就是選取合適的催化劑。大部分研究人員關(guān)注的都是在

3、加入大量平衡氣在低氧分壓下研究甲烷催化燃燒行為的，很少有研究人員關(guān)注在純氧條件下的甲烷催化燃燒行為。本文采用溶膠-凝膠法制備了幾種新型類鈣鈦礦型復合氧化物，探討了離子摻雜對鈣鈦礦型復合氧化物催化劑的甲烷催化性能的影響。以X射線衍射(XRD)技術(shù)分析了樣品的晶體結(jié)構(gòu)、粒徑和晶胞參數(shù)，以BET測量了比表面積，用XPS等技術(shù)表征了催化劑的物理化學性能，以甲烷催化燃燒反應(yīng)為目的，考察了樣品的催化活性，并與其物理化學性能進行了關(guān)聯(lián)。 本文

4、第一章和第二章主要介紹了甲烷催化燃燒的背景意義及其目前甲烷催化燃燒研究進展。第三章詳細介紹了層狀結(jié)構(gòu)復合氧化物Sr4Fe6-xCoxO13體系的催化燃燒研究結(jié)果。Sr4Fe6-xCoxO13材料具有較高的催化燃燒活性和優(yōu)異的化學和熱力學穩(wěn)定性。在這這一章中，報道了名義組成為Sr4Fe6-xCoxO13在高氧分壓和改變氧分壓條件下的催化行為，實驗的目標是研究晶體結(jié)構(gòu)缺陷所導致的氧空位對催化劑活性的影響，其中特別關(guān)注了層狀類鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)，結(jié)

5、果表明，在層狀鈣鈦礦相中，Co參雜能帶來更多的本征氧空位濃度，從而提高了甲烷催化燃燒活性。我們對氧分壓對催化活性的影響也做了相應(yīng)的一些研究，結(jié)果表明，氧分壓低能促進甲烷催化燃燒活性。第四章我們主要研究了雙層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)摻雜結(jié)構(gòu)的演變及其摻雜對甲烷純氧催化燃燒的影響，Sr2Fe1-xMgxMoO6樣品中Mg摻雜量的增加，導致Sr2Fe1-xMgxMoO6結(jié)構(gòu)隨著Mg摻雜量的增加，超晶格衍射峰也出現(xiàn)在摻雜的樣品中，Sr2Fe1-xMgxMoO

6、6的有序度進一步增大，導致的后果是氧缺陷降低，氧空位含量降低。其中Sr2FeMoO6具有最高的催化燃燒活性。Sr2Fe1-xCrxMoO6結(jié)構(gòu)隨著Cr摻雜量的增加，超晶格衍射峰逐漸消失在摻雜的樣品中，Sr2Fe1-xCrxMoO6的有序度進一步減少，導致的后果是氧缺陷增加，氧空位含量增加，其催化活性隨著Cr摻雜量增加而提高。通過實驗表明，盡管雙鈣鈦礦在甲烷催化燃燒中很少有人研究，但是雙鈣鈦礦由于其具有很好的半金屬性質(zhì)、電子及離子空位，這