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《厦门大学》 2003年
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甲烷低温燃烧反应分子筛负载Pd催化剂

史春开  
【摘要】: 甲烷(天然气的主要成分)是最难被氧化的碳氢化合物,并且具有比二氧化碳大得多的温室效应,因此应用于甲烷低温燃烧的催化剂研制是能源和环保领域中具有挑战性的课题。由于负载Pd催化剂被认为是甲烷低温燃烧活性最高的催化剂,同时Pd资源相对其它贵金属丰富和便宜,因而受到特别的关注。但在实际的低温燃烧应用(如甲烷尾气释放处理)中,为满足环保及经济性要求,催化剂必须在300℃以下点燃甲烷燃烧反应并在400℃以下使甲烷的转化率达到100%,同时催化剂在运行状态下要求保持足够长的催化寿命。因此,目前一些氧化物负载Pd催化剂(如Pd/Al_2O_3、Pd/SnO_2、Pd/ZrO_2和Pd/36NiO-Al_2O_3等)还难以满足要求。虽然离子交换法制备的Pd/分子筛催化剂表现出了高的低温甲烷燃烧活性,但它们的Pd负载量普遍较高并表现出了差的热和水热稳定性。另外,负载Pd催化剂的活性与载体及添加剂的种类和性质密切相关,其活性物种的行为特点也一直是研究工作者争论的焦点。因此,开展负载Pd催化剂的甲烷低温燃烧研究具有重要的现实意义和理论价值。 本文首次报道了以浸渍法制备的改性Pd/HZSM-5催化剂应用于甲烷低温燃烧研究,并从应用基础研究的角度出发,首先从不同载体、不同Pd负载量、不同添加剂、不同焙烧温度和不同反应空速等方面考察了负载Pd催化剂的甲烷燃烧性能,同时考察了催化剂的热和水热反应稳定性,对催化剂进行了优化选择,然后主要以改性Pd/HZSM-5催化剂作为研究对象,利用XRD、CO吸附和NH_3-TPD技术进行了催化剂体相结构、表面Pd分散度和表面酸碱性的研究,利用程序升温脱附和还原、原位及非原位激光拉 甲烷低温燃烧反应分子筛负载Pd催化剂 曼光谱谱学技术详细地表征了负载PdO物种的氧化还原性能。最后,根据 催化剂的甲烷燃烧活性和各种表征结果,结合相关文献,对甲烷燃烧反应 机理进行了初步推测。主要研究内容和结果如下: 甲烷低温燃烧催化剂的优化 首先考察了HZSM一5、NaY、Mordeite、A12O3和5102五种载体对负载 lwt%Pd催化剂的甲烷燃烧反应性能的影响,证实了Pd/HZSM一5具有最高 的催化燃烧活性,并且Pd/HZSM一5的T10o/o、T50%和T100%(甲烷转变率分 别为10、50和100%时的反应温度)分别比Pd/A12O3下降了32、96、和70 ℃,表明HZSM一5载体对Pd催化剂的燃烧性能具有很好的促进作用,不同 51/A 12的 Pd月硕zsM一5,其活性没有太大的差异。 其次,0.5一4wt%Pd/HZSM一5催化剂的活性测试结果表明:随着Pd负 载量增高,催化剂活性的增加渐趋缓慢。 接着重点考察了具有不同添加剂的Pd一M/H ZSM一5(S认l之=50 or 165, M=Zr、Ce、Zn、Cu、La、Ba、Fe、Mn、Ca、Mg、Li、Y、AI、Sm、Nd 和Tb)的甲烷燃烧活性,结果表明zr或Ce的添加显著地提高了Pd/HZSM一5 的催化活性,使Pd/HZSM一5的T10%、几0%和Tloo%分别下降了大约巧~ 29、6一18和35~60℃:Zn的添加对PdiHZSM一5的活性基本没有影响:而 其它添加剂的添加却使Pd八诬ZSM一5的活性明显降低。Pd催化剂的甲烷低温 燃烧被认为与表面Pd一O键的强弱有关,Z心:和CeO:具有大的贮氧供氧能 力及高价离子的电子诱导作用,这能够减弱Pd一O键的强度,进而提高催化 剂的燃烧活性,而其它碱性添加剂的添加使载体表面的电子密度增加,导 致表面Pd一0键增强,这可能是导致Pd/HZSM一催化活性下降的原因。 另外,分别通过不同添加剂数量、不同反应空速和不同焙烧温度对催 厦门大学理学博士学位论文 摘要一m一 化剂甲烷燃烧活性影响的对比实验,发现添加1叭%zr或Ce对P出HZSM一5 的甲烷燃烧活性具有最适宜的促进作用:Pd.Zr压[Z SM一5的催化活性对反应 空速的变化(25000~76000mlg’lh-,)不是太敏感:高温焙烧导致 Pd一Zr/HZSM一5的表面PdO物种严重烧结,使催化剂的燃烧活性显著降低。 最后对催化剂在反应条件下的热和水热稳定性进行了测试,结果表明 Zr或Ce的添加还有效地提高了Pd/HZSM一5的热和水热稳定性,说明 Pd一Zr/HZSM一5和Pd一Ce/HZSM一5具有较好的甲烷低温燃烧实际应用前景。 2.催化剂的体相结构、表面Pd分散度和表面酸碱性研究 催化剂的XRD和Pd分散度实验表明:zr或Ce添加剂能够促进 PdjHZSM一5表面产生一定的晶相PdO,保持了催化剂表面Pd的相对低分散 性,这说明PdO的适度结晶(即较大颗粒的PdO)有利于提高催化剂的甲 烷低温燃烧反应活性。同时这种结晶PdO还具有较好的抗高温烧结性能, 这可能与Zr、Ce添加剂能够有效地稳定载体的比表面积有关。NH3一TPD实 验表明强碱性添加剂(Mg和Li)导致PdjHzSM巧的表面强酸位(主要为 B酸位)数量严重减少,而Zr的添加对Pdl钊[Z SM一5的表面酸性基本没有影 响。结合催化剂的活性数据,发现保持催化剂表面强酸位,对改善以HZSM一5 为载体的Pd催化剂的甲烷燃烧活性具有重要作用。 3.催化剂的02一TPD和CH4一TPR研究 02一TPD测试发现,添加Zr或Ce,使Pd庄王ZSM一5的氧物种能在更低温 度脱附,明显减弱了表面Pd一O键的强度,而添加其它添加剂却使其氧物种 在更
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:O643.3

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张佳瑾;低浓度甲烷流向变换催化燃烧实验研究及模型化[D];北京化工大学;2012年
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1 苗厚超;钯基催化剂的超低浓度甲烷催化燃烧特性研究[D];重庆大学;2011年
2 王天明;低浓度有机物催化燃烧整体式催化剂制备与性能分析[D];北京化工大学;2009年
3 杨跃华;接触燃烧式甲烷传感器的敏感材料的研究[D];吉林大学;2010年
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1 王云;唐石云;龙恩艳;林之恩;龚茂初;陈耀强;;载体焙烧温度对稀燃天然气汽车尾气净化Pd/Zr_(0.5)Al_(0.5)O_(1.75)催化剂性能的影响[J];催化学报;2011年02期
2 高俊萍;王平安;曹筑荣;贺丽清;;SAPO-5分子筛的合成技术及应用[J];长江大学学报(自然科学版)理工卷;2008年02期
3 缪少军,邓友全;一种新的甲烷低温燃烧催化剂Au-Pt/Co_3O_4[J];分子催化;2001年04期
4 宁远涛,赵怀志,杨正芬;金催化剂的性能及应用[J];贵金属;1999年04期
5 訾学红;戴洪兴;何洪;;天然气催化燃烧催化剂的研究(Ⅰ)[J];工业催化;2008年04期
6 王东辉,郝郑平,程代云,史喜成;负载型金催化剂在化工中的应用[J];化工进展;2002年07期
7 杨晓娟;刘宁;王玉和;;甲烷无氧脱氢芳构化反应最新研究进展[J];化学工程师;2006年04期
8 王军威,田志坚,徐金光,徐云鹏,徐竹生,林励吾;甲烷高温燃烧催化剂研究进展[J];化学进展;2003年03期
9 胥月兵;陆江银;王吉德;张战国;;Mo基分子筛催化剂及甲烷无氧芳构化[J];化学进展;2011年01期
10 齐世学,邹旭华,安立敦;负载型金催化剂[J];化学通报;2002年11期
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1 温存;稀土氧化物催化甲烷催化燃烧反应的研究[D];华东理工大学;2011年
2 王刚;高温Pd基密偶催化剂用于汽车冷启动尾气消除的研究[D];天津大学;2010年
3 涂云宝;富氢条件下CO优先氧化高效纳米金催化剂的研究[D];天津大学;2011年
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5 王海丰;环境催化中稀土及过渡金属催化材料作用机制的第一性原理研究[D];华东理工大学;2012年
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8 刘红梅;甲烷脱氢芳构化:Mo/HZSM-5催化剂双功能特性的进一步研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
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1 邢双英;Mo,W/HZSM-5催化剂的活性中心结构及甲烷活化反应机理的密度泛函理论研究[D];辽宁师范大学;2010年
2 蔡丽莉;CO低温催化氧化Pd-Fe催化剂的研究[D];华东理工大学;2011年
3 刘婷;金属基电热整体催化剂稀薄甲烷催化燃烧应用[D];大连理工大学;2011年
4 刘艳霞;纳米金催化剂室温氧化CO及其再生研究[D];大连理工大学;2011年
5 李倩倩;纳米多孔金属在电化学检测和气相催化中的应用[D];山东大学;2011年
6 马奔;用于冷启动污染控制的非Ce基Pd-Pt双金属密偶催化剂研究[D];天津大学;2010年
7 陈海峰;La_(1-X)Ce_XMnO_3纳米粉体的制备及净化CNG汽车尾气的活性研究[D];天津大学;2010年
8 刘晓明;纳米金催化剂上三种重要化学反应过程的机理研究[D];浙江工业大学;2011年
9 赵彦春;超微无机物粉末的制备,表征及其应用[D];西北师范大学;2001年
10 邹旭华;低负载量高活性金催化剂的制备及其性能研究[D];北京化工大学;2001年
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1 王家祥,王继先,王大祥;BaO热稳定γ-Al_2O_3蜂窝陶瓷涂层的试验研究[J];安徽农业大学学报;2005年01期
2 张磊;戴洪兴;卢鑫悦;王国志;何洪;;蠕虫状介孔γ-Al_2O_3的合成与表征[J];北京工业大学学报;2008年07期
3 王盈;朱吉钦;李成岳;;低浓度甲烷流向变换催化燃烧取热技术[J];北京化工大学学报(自然科学版);2006年05期
4 吴相森;赵瑞红;郭奋;崔文广;陈建峰;;负载Cu金属有序介孔氧化铝催化剂的制备及表征[J];北京化工大学学报(自然科学版);2009年01期
5 单学蕾,关乃佳,曾翔,陈继新,项寿鹤,Ursula ILLGEN,Manfred BAERNS;不同硅铝比的Cu-ZSM-5/堇青石整体式催化剂的NO分解反应性能[J];催化学报;2001年03期
6 秦亮生,银董红,刘建福,黎成勇;介孔Al_2O_3负载纳米Au催化剂用于低温催化氧化CO[J];催化学报;2005年08期
7 杨永辉;林彦军;冯俊婷;David G.Evans;李殿卿;;超声浸渍法制备Pd/Al_2O_3催化剂及其催化蒽醌加氢性能[J];催化学报;2006年04期
8 高典楠;王胜;张纯希;袁中山;王树东;;氯离子及水蒸气对Pd/Al_2O_3催化剂甲烷燃烧性能的影响[J];催化学报;2008年12期
9 张佳瑾;李建伟;朱吉钦;王越;陈标华;;助剂对Cu-Mn复合氧化物整体式催化剂催化低浓度甲烷燃烧反应性能的影响[J];催化学报;2011年08期
10 应卫勇,龟山秀雄;金属壁与催化层一体化内翅片管状催化剂的研究[J];催化学报;1997年06期
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1 牛学坤;流向变换催化燃烧空气净化过程的模型化研究[D];北京化工大学;2003年
2 黄晓峰;丁烷选择氧化制顺酐动态动力学模型及其应用[D];北京化工大学;1999年
3 田从学;从工业TiOSO_4液合成介孔二氧化钛分子筛的工艺及机理研究[D];四川大学;2007年
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1 袁强;氧化铝为载体的负载型钯催化剂对甲烷催化燃化燃烧反应性能的研究[D];厦门大学;2001年
2 张乐;加氢精制催化剂制备方法的研究[D];石油化工科学研究院;2001年
3 周燕;堇青石质蜂窝陶瓷载体的研究[D];武汉理工大学;2002年
4 安娜;流向变换催化燃烧及其控制技术的应用基础研究[D];北京化工大学;2003年
5 王盈;低浓度甲烷流向变换催化燃烧制热技术基础研究[D];北京化工大学;2006年
6 张豪杰;模板法合成介孔氧化铝及其性能研究[D];大连交通大学;2005年
7 吴相森;无机铝源介孔氧化铝的制备及应用性能研究[D];北京化工大学;2008年
8 杨祖照;Pd基催化剂用于甲烷催化燃烧的实验研究[D];华北电力大学(北京);2008年
9 唐才荣;催化燃烧式气敏元件测试分选系统硬件设计[D];哈尔滨理工大学;2008年
10 常雪峰;浸渍法制备改性活性氧化铝的研究[D];天津大学;2007年
【二级引证文献】
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1 刘欢;梁文俊;李坚;王洪明;何洪;;乏风瓦斯流向变换催化燃烧试验研究[J];工业催化;2013年03期
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4 黑泽庆二,朱连山;地球深部天然瓦斯——论天然瓦斯的起源[J];矿业安全与环保;1990年05期
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8 Vello A.Kuuskraa;李红梅;;全球非常规天然气资源[J];国外油气勘探;1995年06期
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3 白杰;刘盛林;谢素娟;徐龙伢;林励吾;;甲烷芳构化反应中Mo/MCM-22和Mo/ZSM-5催化剂的比较[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年
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8 宋月芹;贺德华;;Ni/ZrO_2催化剂上甲烷部分氧化制合成气的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
9 冼萍;潘正现;钟莉莹;;两相UASB反应器处理木薯淀粉废水的启动运行特性研究[A];科学发展观与循环经济学术论文集[C];2004年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者  陈超;35亿年前微生物就能造甲烷[N];科技日报;2006年
2 新洲;日本利用海藻进行甲烷发电和废热供暖系统实验[N];中国海洋报;2004年
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8 辛 力;深海甲烷遇暖破冰升空污染大气[N];大众科技报;2003年
9 本报记者 黄永明;甲烷:气候变化的引爆器[N];南方周末;2010年
10 记者 曹丽君;地幔中可产生甲烷[N];新华每日电讯;2004年
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1 史春开;甲烷低温燃烧反应分子筛负载Pd催化剂[D];厦门大学;2003年
2 杨华清;Ni、NiH~+、NiO和MgO等活化甲烷的理论研究[D];四川大学;2002年
3 方强;基于喷射策略和燃料设计的压燃式发动机高效低排放燃烧模式研究[D];上海交通大学;2013年
4 王华;组合多相催化技术及其在甲烷与小分子化合物耦合反应中的应用[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
5 刘艳娜;焦炉煤气中氢气和甲烷的吸附分离[D];大连理工大学;2010年
6 刘振;甲烷经溴氧化途径制备高碳烃催化性能及工艺研究[D];湖南大学;2010年
7 任丽丽;担载型分子筛催化剂上CH_4选择还原NO反应的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2003年
8 张惠;甲烷选择性催化还原氮氧化物的基础研究[D];浙江大学;2005年
9 夏淑倩;甲烷在常压和高压下溶解度的测定与计算[D];天津大学;2003年
10 张全长;柴油机低温燃烧基础理论和燃烧控制策略的试验研究[D];天津大学;2010年
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1 王晓红;CH_4-CO_2低温转化合成含氧有机物的研究[D];太原理工大学;2002年
2 郭玉高;甲烷在甲醇和烃类混合溶剂中高压溶解度的研究[D];天津大学;2004年
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