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《北京工业大学》 2008年
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铈锆固溶体的制备、表征及其对O_2和NO的储存能力的研究

杨柳  
【摘要】: 随着汽车尾气污染的日益严重,尾气净化成为时势所趋。本论文的主要目的就是合成具有大比表面积、较好热稳定性和储氧性能的铈锆固溶体,为新型汽车尾气净化催化剂的开发奠定基础。 本研究采用本实验室发明的超声膜扩散法(Ultrasound-assisted MembraneReaction -UAMR)可以制备出相对于传统共沉淀法制备的样品粒度较小、比表面积较大的Ce_xZr_(1-x)O_2固溶体,其储放氧性能明显优于传统共沉淀法。用UAMR法制备出的Ce(0.8)Zr_(0.2)O_2、Ce_(0.6)Zr_(0.4)O_2和Ce_(0.4)Zr_(0.6)O_2样品的储氧量分别高出传统共沉淀法的21%、14%和41%。试验结果表明Ce(0.8)Zr_(0.2)O_2固溶体具有低温脱附氧能力,对于传统共沉淀法制备的Ce_xZr_(1-x)O_2固溶体,当x值从0.4提高到0.8时,氧脱附峰从582℃下降到457.3℃,对于UAMR法制备的Ce_xZr_(1-x)O_2固溶体,当x值从0.4提高到0.8时,氧脱附峰从560℃降到447℃。传统共沉淀法和UAMR法制备的Ce_(0.4Zr0.6O_2固溶体的储氧量(OSC)分别为为201和284μmol/g。 论文用UAMR法制备了Ba掺杂的CeO_2-ZrO_2固溶体,对其进行改性,提高了CeO_2-ZrO_2固溶体材料的热稳定性。并用BET、XRD、和NO-TPD技术对样品进行了表征。结果表明,Ba的掺杂量具有一个最佳值,少量的Ba掺杂可以提高在CeO_2-ZrO_2固溶体材料的储氧量和高温热稳定性,随着Ba含量的增加,其抗老化性能降低。论文测量了Ba掺杂的CeO_2-ZrO_2固溶体(表示为Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2·xBaO)的储氧量和NO吸附量,当中x=0.16时,样品的储氧量为745μmol/g,1050℃老化后,储氧量也高达346μmol/g。该Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2·xBaO材料的NO储存能力随着BaO含量的增加而线性提高。此外,Ba2+离子的引入降低了CeO_2-ZrO_2固溶体晶界能,使晶粒生长得到抑制,从而提高Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2·xBaO固溶体的高温稳定性。总体来讲,Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2·xBaO固溶体是具有储氧储氮双功能和高温稳定性好的新型催化材料。 论文用UAMR法制备出铈掺杂的六铝酸盐,利用BET、TPR、O_2-TPD和OSC等技术对其进行了表征和性能测试。研究结果表明,对于共沉淀法,与用氨水作为沉淀剂相比,碳酸氢铵作沉淀剂制备的六铝酸盐热稳定性更高,其新鲜样品比表面积为172 m~2/g,在1050℃煅烧2 h后,比表面积仍高达90 m2/g,该样品还具有较好的低温储放氧能力,新鲜样品的储氧量比用氨水作沉淀剂制出的样品大87%。而在相同的沉淀剂条件下,利用UAMR法制备的铈掺杂的六铝酸盐具有更好的高温热稳定性,其新鲜样品比表面积为218 m~2/g,在1050°C煅烧2 h后,比表面积仍高达120 m~2/g,而新鲜样品的储氧量更高达602μmol/g。 论文还探讨了UAMR法制备了Si_3N_4掺杂的Si_3N_4-Ce_(0.6)Zr_(0.35)Y_(0.05)O_2复合氧化物的方法,利用BET和TEM等技术对Si_3N_4-Ce_(0.6)Zr_(0.35)Y_(0.05)O_2复合氧化物,初步得到了Ce_(0.6)Zr_(0.35)Y_(0.05)O_2包裹Si_3N_4的复合材料,其储氧性能和高温热稳定性有待于进一步研究。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:O643.3

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