镧镍稀土钙钛矿型催化剂的制备与催化性能研究

【摘要】： 随着燃煤工业(例如燃煤发电)的发展和汽车保有量的增加,排放的氮氧化合物(NO占90 %以上)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物(CH)日趋严重。这三类气体不仅污染环境影响人类正常生活,也会直接危害人体健康;同时,随着全球能源危机的愈演愈烈,节能型贫燃发动机的设计和使用日趋发展。贫燃虽可提高燃料的燃烧效率,但也导致汽车尾气污染物,尤其是NO排放量大幅度上升。因此,研制一种能够同时有效消除上述三类有害气体的三效催化剂(Three Way Catalyst),成为许多环境和化学工作者的研究热点之一。目前,已经得到使用的三效催化剂基本上都是采用贵金属做为活性组分,虽然催化性能较好,但贵金属蕴藏量少、价格昂贵,难以普遍推广。新型高效的非贵金属催化剂成为近年来研究的热点。 本文制备并研究了具有良好三效催化性能的新型纳米稀土钙钛矿型复合氧化物催化剂。首先,采用溶胶-凝胶法制备LaNiO_(3+λ),并考察其A位掺杂其它金属离子的情况,得到La_(0.8)Cu_(0.2)NiO_(3+λ)和La_(0.8)Ba_(0.2)NiO_(3+λ)两种催化效果较好的催化剂;其次,分别考察两种催化剂B位掺杂其它金属离子的情况,最终得到La_(0.8)Cu_(0.2)Ni_(0.8)Mn_(0.2)O3+O_(3+λ)和La_(0.8)Ba_(0.2)Ni_(0.6)Co_(0.4)O_(3+λ)两种具有良好三效催化性能的钙钛矿型催化剂。通过活性测试分析催化性能,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、比表面积分析(BET)和差热分析(DTA)等现代分析方法对催化剂结构进行表征,研究催化剂性能与结构的关系。 对La_(0.8)Ba_(0.2)Ni_(0.6)Co_(0.4)O_(3+λ)的研究结果表明,La_(0.8)Ba_(0.2)Ni_(0.6)Co_(0.4)O_(3+λ)具有良好的三效催化性能,NO、CO和C_3H_6的起燃温度都较低,分别为300℃、198℃和325℃;Ba和Co的掺杂加入在保持钙钛矿型结构的同时,造成的结构畸变,增大了比表面积从而提高其三效催化性能。 对La_(0.8)Cu_(0.2)Ni_(0.8)Mn_(0.2)O_(3+λ)的研究结果表明,Cu可以有效提高催化剂对NO的还原活性,而Mn的掺杂使催化剂催化转化C3H6的性能得到大大提高,与催化剂La_(0.8)Cu_(0.2)NiO_(3+λ)相比,C3H6起燃温度和完全转化温度分别降低了215℃和180℃,且NO、CO的最高转化率均达到90 %以上。表征结果显示,La_(0.8)Cu_(0.2)Ni_(0.8)Mn_(0.2)O_(3+λ)形成钙钛矿结构,Cu和Mn的引入能明显细化催化剂颗粒,增大活性氧空位分散度和催化剂的比表面积,从而提高催化剂的三效催化性能。