蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑的制備及其貧燃條件下選擇催化還原NO-,x-的研究.pdf

1、整體式金屬載體由于具有比陶瓷載體更高的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱率和更低的排氣阻力，在現(xiàn)代汽車尾氣治理領(lǐng)域受到越來越廣泛的關(guān)注。但是，金屬載體的比表面積很小，使用時(shí)需要在表面負(fù)載一層高比表面積的陶瓷涂層，而金屬載體與陶瓷涂層材料的熱膨脹系數(shù)相差較大，使得載體與涂層之間的結(jié)合強(qiáng)度較差，涂層易皸裂、剝落。這是限制整體式金屬載體在實(shí)際中不能被廣泛應(yīng)用的一個(gè)原因。其次，由于金屬載體加工程序復(fù)雜，相應(yīng)增加了載體的制作成本。近年來，貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)因良好的燃油經(jīng)濟(jì)性

2、和排放特性，成為車用發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向。但是貧燃條件下，汽車尾氣中含有大量的氧氣使得傳統(tǒng)的三效催化劑對(duì)NO<,x>的去除幾乎沒有效果。而利用尾氣中未燃燒完全的烴類為還原劑，選擇催化還原NO<,x>是一種具有潛力的凈化貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的方法。目前烴類選擇催化還原NO<,x>的催化反應(yīng)一般反應(yīng)溫度較高，催化活性窗口較窄，以貴金屬為催化活性組分時(shí)還存在選擇性差，產(chǎn)物中有大量N<,2>O副產(chǎn)物等問題。 針對(duì)金屬載體以及貧燃條件下選

3、擇催化還原NO<,x>中存在的問題，本研究采用電沉積法在金屬絲網(wǎng)表面制備氧化鋁涂層，然后將負(fù)載有氧化鋁涂層的金屬絲網(wǎng)加工成蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體，并將其應(yīng)用于貧燃條件下丙烯選擇催化還原NO<,x>的研究。主要開展了以下幾個(gè)方面的工作： (1) 采用電沉積法，在金屬不銹鋼絲網(wǎng)表面負(fù)載氧化鋁涂層。具體考察了影響涂層生長(zhǎng)的因素，例如電沉積液、沉積電壓、沉積時(shí)間、Zeta電位，聚丙烯酸濃度等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，以氧化鋁的乙醇溶液為電沉積液，將

4、溶液的pH值控制在8.8附近，聚丙烯酸濃度為2.035 mg·L<'-1>，超聲分散40 min時(shí)，電沉積液能穩(wěn)定存在，并且適宜電沉積過程的進(jìn)行。此時(shí)，采用沉積電壓為10 V，沉積時(shí)間為10 min可以在金屬絲網(wǎng)基體表面制備適宜厚度的氧化鋁涂層。 進(jìn)一步探索了提高涂層附著強(qiáng)度的方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用HC1對(duì)金屬絲網(wǎng)載體進(jìn)行預(yù)處理不僅可以清洗其表面的污染物，而且可以提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度；在電沉積液中添加異丙醇鋁可以提高涂層

5、的抗熱振性能，其濃度為0.27 g·L<'-1> 時(shí)經(jīng)過13個(gè)熱振循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，涂層的損失率為 5.0wt.％；通過加入鋁粉、在800℃焙燒溫度提高涂層與金屬基體的結(jié)合力，增強(qiáng)了涂層的抗熱振性能和抗機(jī)械振動(dòng)性能，而且氧化鋁涂層的表面形態(tài)以及性質(zhì)沒有因焙燒溫度的升高而被損壞。SEM 電鏡顯示涂層表面均勻沒有皸裂，XRD表明氧化鋁涂層仍是主要以γ-Al<,2>O<,3>晶形存在。將制備的涂層浸漬硝酸鑭后，能明顯的提高涂層的抗機(jī)械振動(dòng)性能，超聲

6、振蕩達(dá)到35 min時(shí)，涂層的損失率僅為44.0wt.％。 (2)將負(fù)載氧化鋁涂層的平板狀和瓦楞狀金屬絲網(wǎng)交替堆積，加工成型為蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，與孔密度相近的堇青石載體(孔密度為50)相比較，蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體具有更高的前端開口程度和幾何比表面積；與薄壁堇青石載體(孔密度為400)相比較，幾何表面積僅降低25.0％左右；蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體沒有因?yàn)楸缺砻娣e的增加而增大載體的壓力降。從成型工藝看，蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體

7、成型簡(jiǎn)單，以金屬絲網(wǎng)包裹，接頭處不需要焊接，在一定程度上降低了制作成本。 (3) 制備了 Pd/Al<,2>O<,3>、Pd/TiO<,2>/Al<,2>O<,3>、Pd/CeZr/TiO<,2>/Al<,2>O<,3>三種蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑，并采用丙烯選擇催化還原NO<,x>的實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)其在貧燃條件下對(duì)NO<,x>的催化活性。結(jié)果表明 Pd 含量為0.23％時(shí)，Pd/CeZr/TiO<,2>/Al<,2>O<,3>蜂窩狀金

8、屬絲網(wǎng)催化劑在低溫條件下具有較高的催化活性，而且催化活性窗口較寬，出口產(chǎn)物沒有檢測(cè)到N<,2>O的生成。N<,2>和C<,3>H<,6>-O<,2>-N<,2>中進(jìn)行的TPD實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，在Pd/CeZr/TiO<,2>/Al<,2>O<,3>蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑中存在兩個(gè)不同的含氮中間產(chǎn)物的形成中心，一個(gè)是在TiO<,2>，另一個(gè)是在CeZr 混合氧化物，而且它們也是NO<,x>催化反應(yīng)的活性中心。進(jìn)一步系統(tǒng)地考察了Pd的含量、氧氣的

9、含量和空速對(duì)Pd/CeZr/TiO<,2>/Al<,2>O<,3>蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑催化活性的影響以及催化劑的穩(wěn)定性。 (4) 比較了顆粒狀催化劑、50目和400目堇青石催化劑和蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑對(duì)丙烯選擇催化還原NO<,x>反應(yīng)的催化性能，結(jié)果顯示蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑在低溫下具有最高的NO<,x>轉(zhuǎn)化率。非穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)表明，蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑比堇青石催化劑能更快對(duì)溫度的變化做出響應(yīng)。而且蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑對(duì)丙烯具有較低的