负载型钙钛矿催化剂消除CO和N_2O的研究

【摘要】：汽车排气中含有大量的CO和一定量的N_2O。本文采用28～50mesh的莫来石颗粒为载体，以柠檬酸盐法制备了一系列负载型La_(2-x)Sr_xCuO_4和La_(2-x)Sr_xCuO_4复合金属氧化物催化剂，XRD和SEM表征了它们的结构，并在CO氧化和N_2O分解的反应中进行了活性和动力学的研究。 负载在莫来石上的La_(2-x)Sr_xCuO_4催化剂用于CO氧化时，在低于300℃的温度范围内都可以达到很高的CO转化率，在400℃都完全转化；随着x的值的增大，催化活性也增大；x为0.8与1.0时的两种催化剂的性能接近且好于其它配方，当用于FCC再生过程的助燃剂时，以配方为x=0.8时最好。SEM的表征表明在x=0.8和1.0时，负载在莫来石上的La_(2-x)Sr_xCuO_4呈小粒状，分散度高，有明显的晶体形态和光泽，为解释其较高的活性提供了依据。XRD的表征表明，实验所用催化剂为K_2NiF_4型钙钛矿复合氧化物。特征峰的强度随着x值的增加有不同程度的增强，特征峰强度的变化为后面解释催化剂活性的变化提供了结构上依据。 负载在莫来石上的La_(2-x)Sr_xCuO_4催化剂用于N_2O分解时，随着x的值的增大，催化活性也增大。反应的宏观动力学的研究表明，这一系列的复合氧化物对于N_2O的分解反应是一级反应。对于反应的机理，在0≤x≤0.4时，随着x的增加，Cu~(3+)的含量增加很快而催化活性增加较慢：在0.6≤x≤1.0时，随着x的增加，氧空位的含量和催化活性都增加很快，所以认为N_2O的分解反应主要和氧空位密切相关。 负载在莫来石上的La_(2-x)Sr_xCuO_4催化剂用于N_2O分解时，除了x=0之外的情况，在相同温度下，随着x值的增大，催化活性也增大，当x=1.0时，催化活性最好。N_2O的转化率和Ni~(3+)的含量都随着x的增加而增加，所以Ni~(3+)是La_(2-x)Sr_xCuO_4系列催化剂用于N_2O分解的活性离子。La_(2-x)Sr_xCuO_4掺入Sr~(2+)越多，形成氧缺陷越多，稳定Ni~(3+)越多，晶格氧的数量也越多，从而提高催化剂的氧化还原能力，提高催化剂分解N_2O的转化率。XRD实验表明，La_(2-x)Sr_xCuO_4(0≤x≤1)都能保持单相的K_2NiF_4钙钛矿结构。动力学实验表明该反应对于N_2O是一级反应。将所得的活化能值对与之对应的lgk_0作图，得到很好的反应活性(lgk_0)和活化能(Ea)之间补偿效应的直线关系，lgk_0=(l／a)Ea+B，而且B≈0。这说明催化剂活性同时取决于活化能和频率因子。