催化燃烧用金属载体整体型催化剂的制备及表征

【摘要】：天然气催化燃烧是一种清洁、高效的热能供应途径,金属整体催化剂用于天然气催化燃烧具有非常诱人的应用前景,但由于受到催化剂活性和粘附稳定性较低问题的影响,使其发展缓慢。制备出具有高活性和粘附稳定性的金属负载整体型催化剂是本论文的目标。本文将不同类型的催化剂(六铝酸盐、钙钛矿、复合金属氧化物)负载于金属载体上制成整体型催化剂样品,考察了载体处理条件、催化剂制备方法、催化剂负载方法、催化剂种类、coating液制备方法等因素对整体型催化剂样品粘附稳定性和催化活性等性能的影响。 镜面阳离子和Al位取代对六铝酸盐粉末催化剂的结构、比表面积、氧化还原性和催化活性有很大的影响。实验结果表明,La~(3+)比Ba~(2+)更适于作镜面阳离子,它可以有效地抑制烧结,提高活性物种的氧化态,使反应活性很高。Ce的掺杂对六铝酸盐比表面积无明显影响,Ce以CeO_2形式存在。1000℃煅烧时,Ce的掺杂对催化活性无影响,但1200℃煅烧后催化活性明显下降。对于Al位取代,Mn~(2+)能够促进六铝酸盐在较低温度下形成,有效地抑制了六铝酸盐比表面积的减小,并且Mn~(2+)离子更容易还原,使反应活性较高。 对于金属载体负载的六铝酸盐整体型催化剂样品,六铝酸盐前驱体的煅烧温度对样品增重量和粘附稳定性无明显影响,但对催化活性有很大的影响。对于样品的增重量和粘附稳定性,coating液的影响大于载体,以酸处理金属为载体和以铝溶胶sol为coating液的样品增重量最多、粘附稳定性最好。对于催化活性,直接将结晶良好的六铝酸盐负载于载体上制得的样品明显好于以结晶不完善的六铝酸盐为coating液的样品。 对于金属载体负载的钙钛矿整体型催化剂样品,在煅烧温度相同的情况下,由溶胶喷雾-分解法制得的样品具有最好的粘附稳定性,其次为溶胶涂覆法制备的样品、最低的是粉末涂覆法制备的样品; 催化活性高低顺序为:溶胶喷雾-分解法制备的样品,粉末涂覆法制备的样品、溶胶涂覆法制备的样品。 对于金属载体负载的复合氧化物整体型催化剂样品,以FC为前驱体在煅烧温度相同的情况下,含Co样品的粘附稳定性最好,含Mn的样品其次,含Cu的样品最低。800℃煅烧的含Co样品728℃就可以完全转化,而含Mn或Cu的样品780 ℃完全转化。以LaMn_2Al_(10)O_(19)或掺杂La的Al_2O_3为第二载体,Co、Mn、Ce为活性组分制得的样品在粘附稳定性和催化活性方面表现出优越的性能。第二载体种类及负载量对样品催化性能及粘附稳定性有较大的影响,活性组分的性质对催化活