利用摻雜和取代改性的鈣鈦礦型催化劑去除柴油車尾氣碳煙顆粒物及NOx的探討.pdf

1、隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快，汽車已經(jīng)成為人類生活生產(chǎn)過程中最重要的交通工具，隨之而來的尾氣污染問題也逐漸成為人們關注的熱點。柴油車以其高動力性和經(jīng)濟性備受關注，但其尾氣中的碳煙顆粒物和NOx是最主要且較難去除的污染物，如何提高二者的去除率，是控制柴油車尾氣排放的關鍵。因此，亟待尋找一種高性能的催化劑達到同時高效去除柴油車尾氣中的碳煙顆粒物和NOx。鈣鈦礦型催化劑材料以其高催化性能被認為是最具潛力的新型柴油車尾氣處理催化劑。

2、　　本文選用鈣鈦礦型催化劑LaCoO3作為基礎催化劑，選擇檸檬酸絡合法在不同的制備條件下進行催化劑前體的制備，并采用堿金屬離子（K+）和過渡金屬離子（Mn2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+）分別對鈣鈦礦型催化劑的A位和B位離子進行摻雜取代，利用常壓固定床反應裝置對所制得的催化劑進行催化活性實驗，考察A位和B位離子的摻雜取代對鈣鈦礦型催化劑催化性能的影響。通過SEM，XRD，BET，F(xiàn)T-IR等手段對反應前后的催化劑形貌和結構進行表征，并

3、進一步探討其催化機理。
　?。?）通過改變制備催化劑前體溶液的pH和煅燒溫度，制備不同的LaCoO3催化劑樣品，考察不同的制備條件對合成鈣鈦礦型結構的影響。將所合成的催化劑樣品進行催化性能測試，結合各樣品的XRD、SEM和BET等表征分析，發(fā)現(xiàn)過高的煅燒溫度容易發(fā)生燒結現(xiàn)象，使催化劑比表面積下降。酸性條件較堿性條件更有利于絡合反應。因而選擇前驅體溶液pH=4、煅燒溫度為650℃條件下進行改性鈣鈦礦型催化劑的制備。
　?。?）

4、選用堿金屬離子K+對鈣鈦礦型復合氧化物ABO3中A位La基離子進行摻雜取代，采用檸檬酸絡合法制備改性鈣鈦礦型催化劑La1-xKxCoO3（x=0~0.5）樣品，通過固定床實驗及表征分析考察K+的La基摻雜取代量對柴油車尾氣中碳煙顆粒物和氮氧化物去除效率的影響。隨著K+摻雜量的增加，越來越多的K+遷移到鈣鈦礦的晶格內，增加了鈣鈦礦型結構中的氧空位，降低了Soot的氧化燃燒溫度，改善了所制得的催化劑的性能。當K+取代量x=0.3時，La1-

5、xKxCoO3樣品催化脫除效率最高，對Soot和NO去除率分別可以達到84.7％和80.8%。
　?。?）選擇Mn2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+四種過渡金屬離子對鈣鈦礦型復合氧化物ABO3中的B位Co基離子進行摻雜取代，制得鈣鈦礦型催化劑LaCo1-yMyO3樣品，取代量y=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5，通過一系列表征分析和催化活性實驗發(fā)現(xiàn)過渡金屬離子對B位的摻雜取代并不改變鈣鈦礦型的晶體結構，并且在對Soot和NO

6、的催化方面有更強的催化活性。其中Mn2+的摻雜取代量y=0.4時，改性鈣鈦礦型催化劑對Soot的去除率達到89.2%，對NO的催化效率高達84.5%。
　?。?）采用取代量x=0.3的K+進行A位La基摻雜取代的同時，將Mn2+、Fe3+、Cu2+、Ni2+以實驗所得的最佳取代量對B位離子分別進行摻雜取代改性。通過固定床實驗和一系列表征分析對四種A、B位共同摻雜取代的改性鈣鈦礦型催化劑進行催化性能評價，認為改性鈣鈦礦型催化劑La0

7、.7K0.3Co0.6Mn0.4O3對Soot和NO的去除率最高，去除率分別可以達到92.8%和93.4%，尤其大幅度提高了對尾氣中NO的去除率。
　　本文利用改性的鈣鈦礦型催化劑對模擬柴油車尾氣的碳煙顆粒物和氮氧化物進行催化脫除，探討了利用A位和B位摻雜取代制備改性鈣鈦礦型催化劑，優(yōu)選出對Soot和NO高去除率的最佳改性金屬組合和配比，并探究其催化去除機理，獲得了一種高效去除柴油車尾氣Soot和NO的非貴金屬催化材料，可以為后續(xù)