Ce-Zr復(fù)合氧化鋁材料的制備及其負(fù)載Pd催化劑三效催化性能的研究.pdf

1、催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用是實現(xiàn)汽車超低排放(歐Ⅲ以上標(biāo)準(zhǔn))的最有效手段，高性能稀土復(fù)合Al<,2>O<,3>材料(ACZO)是汽車排氣凈化催化劑中的關(guān)鍵組成，并已得到應(yīng)用。高性能ACZO材料需要具有優(yōu)良的耐高溫、高比表面性能和優(yōu)良的儲放氧能力，在實際應(yīng)用過程中催化轉(zhuǎn)化器很靠近發(fā)動機(jī)排氣口，ACZO材料只有高的儲放氧容量和速度是不夠的，還需要其具有耐高溫和高比表面的性能。γ-Al<,2>O<,3>是目前應(yīng)用最廣泛的催化劑載體之一。然而，Al<,

2、2>O<,3>的熱穩(wěn)定性問題仍然長期困擾著人們，尤其是在高溫和有水蒸汽存在的場合，介穩(wěn)態(tài)Al<,2>O<,3>容易發(fā)生相變和燒結(jié)，向熱力學(xué)上穩(wěn)定的α相和大顆?；l(fā)展，使比表面積大幅度下降。這是導(dǎo)致負(fù)載型催化劑失活的重要原因之一。因此，研究和開發(fā)在高溫下穩(wěn)定的、高比表面的稀土復(fù)合氧化鋁新材料，對改善汽車尾氣三效催化劑的使用壽命和冷啟動性能具有極其重要的理論和現(xiàn)實應(yīng)用意義。 本論文針對耐高溫高比表面載體材料的制備及負(fù)載Pd催化劑在汽

3、車尾氣凈化反應(yīng)中的催化作用進(jìn)行了詳細(xì)的研究。采用溶膠一凝膠和超臨界干燥技術(shù)相結(jié)合的方法合成了具有耐高溫高比表面性能的Ce-Zr復(fù)合氧化鋁材料，并考察了負(fù)載Pd催化劑在汽車尾氣凈化反應(yīng)中的催化性能，運(yùn)用多種實驗技術(shù)對催化劑的物相組成及Redox等性能進(jìn)行了表征。主要得到了如下重要的結(jié)果： 1 采用溶膠-凝膠和超臨界干燥方法制備了耐高溫高比表面Ce<,x>Zr<,l-x>-Al復(fù)合氧化物材料，經(jīng)1100℃焙燒4h后，Ce<,x>Zr

4、<,l-x>-Al(x≤0.75)比表面積達(dá)96m<'2>/g以上，大大高于文獻(xiàn)報道的Ce-Zr改性氧化鋁比表面數(shù)據(jù)。 2 研究了鈰鋯摩爾比對耐高溫高比表面Ce<,x>Zr<,l-x>-Al復(fù)合氧化物材料負(fù)載Pd催化劑的汽車尾氣凈化反應(yīng)性能。發(fā)現(xiàn)Pd/Ce<,0.75>Zr<,0.25>-Al催化劑對CO、HC和NO<,x>具有最好的催化活性、熱穩(wěn)定性和最寬的操作窗口。分布在富Ce-Zr-Al粒子上PdO物種的還原性與催化劑活性

5、密切相關(guān)，其還原性越強(qiáng)，催化活性越高。低溫氧脫附量和脫附能力與催化性能也有一定的聯(lián)系，低溫氧脫附數(shù)量越大，及脫附能力越強(qiáng)，催化劑對CO、HC和NO<,x>的氧化還原活性越高。 3 研究了鈰鋯含量對Pd/Ce<,0.75>Zr<,0.25>-Al催化劑三效催化性能的影響。結(jié)果表明，鈰鋯含量為18wt％時，Pd/Ce<,0.75>Zr<,0.25>-Al催化劑對CO、HC和NO<,x>具有最好的催化活性和最寬的操作窗口。 4

6、 研究了Pd負(fù)載量對Pd/Ce<,0.75>Zr<,0.25>-Al催化劑三效催化性能的影響。結(jié)果表明，隨著Pd負(fù)載量的增加．Pd/Ce<,0.75>Zr<,0.25>-Al催化劑對CO、HC和NO<,x>的催化活性有明顯增加的趨勢，但是，當(dāng)Pd負(fù)載量達(dá)到1％時其催化活性的改善不再明顯。催化劑經(jīng)1100℃高溫老化后，高負(fù)載Pd催化劑上PdO物種的分散狀態(tài)會發(fā)生顯著的變化，部分PdO顆?？赡艹霈F(xiàn)再分散的現(xiàn)象。 5 研究了載體和催化

7、劑的焙燒溫度對Pd/Ce<,0.75>Zr<,0.25>-Al催化劑三效催化性能的影響。結(jié)果表明，催化劑或其載體的處理溫度對PdO物種的分散狀況的影響是不同的，催化劑經(jīng)高溫焙燒對載體表面PdO物種的分散狀態(tài)沒有發(fā)生根本的改變，而載體的預(yù)處理溫度對PdO物種的分散狀態(tài)有顯著的影響，隨著載體預(yù)處理溫度的提高，α-PdO物種的數(shù)目明顯減少而β-PdO物種的數(shù)目則有明顯增加。催化劑或其載體的處理溫度對催化劑的表面和體相氧脫附性能的影響是基本相同

8、的，主要取決于載體本身的抗燒結(jié)性能。 6 研究了鋁源對Pd/Ce<,0.75>Zr<,0.25>-Al催化劑的汽車尾氣凈化反應(yīng)性能的影響。發(fā)現(xiàn)以Al(NO<,3>)<,3>·9H<,2>O為鋁源的Pd/Ce<,0.75>Zr<,0.25>-Al催化劑有較好的催化活性，熱穩(wěn)定性和較寬的操作窗口。以Al(NO<,3>)<,3>·9H<,2>O為鋁源的Pd/Ce<,0.75>Zr<,0.25>-Al催化劑的PdO物種還原性明顯好于以N