钙钛矿型天然气催化燃烧催化剂的制备及耐热性研究

【摘要】：本文参考了文献的内容,采用柠檬酸络合树脂法制备出多个催化剂,在850℃下焙烧3h成型,对其活性进行了比较,筛选出了活性较高的催化剂La_(0.6)Ba_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3。并用Ni代替Co,制备了La_(0.6)Ba_(0.4)Ni_(0.2)Fe_(0.8)O_3作为对比。并以这两个催化剂为基础,制备了Co系不同La∶Ba掺杂比例、不同Co∶Fe掺杂比例和Ni系不同La:Ba掺杂比例、不同Ni:Fe掺杂比例等一系列催化剂,并进行了活性测试。同时,将催化剂在1200℃下进行高温焙烧2h,测定催化剂的活性,作为耐热性考察的数据。并运用XRD、XPS、SEM、TPD、和BET比表面积等分析技术手段对催化剂进行了表征。考察了焙烧温度对于催化剂制备的影响,A位掺杂、B位掺杂对于催化剂活性及耐热性的影响。考察发现,A,B位的掺杂都能够影响到催化剂的活性,而且都有较合适的掺杂比例,La_(0.6)Ba_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3、La_(0.6)Ba_(0.4)Ni_(0.2)Fe_(0.8)O_3都是最佳比例,都能显著提高催化剂活性。催化剂在高温下活性下降与比表面的下降与表面氧的减少、尤其是晶格氧的减少密切相关。A,B位的掺杂对耐热性也有影响,其中La_(0.6)Ba_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_3耐热性相对较差,La_(0.6)Ba_(0.4)Ni_(0.2)Fe_(0.8)O_3比较好,其原因可能与离子的性质有关。 XRD显示A,B位的掺杂都没有改变催化剂的晶型。XPS、O_2—TPD显示,B位掺杂影响催化剂中的晶格氧,对于吸附氧影响不明显;A位主要影响吸附氧,对于晶格氧也有一定影响。一般认为,晶格氧与催化剂高温活性有关,吸附氧与催化剂的低温起活活性有关。由研究结果,对改善催化氧化甲烷燃烧钙钛矿型催化剂的途径提出了建议。 【关键词】：钙钛矿 复合氧化物 天然气催化燃烧 耐热性
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 第—章 引言9-19
• 1．1 天然气的利用9
• 1．2 传统燃烧9
• 1．3 天然气催化燃烧9-10
• 1．4 天然气催化燃烧的催化剂10-12
• 1．5 钙钛矿催化剂12-19
• 1．5．1 钙钛矿结构简介12-13
• 1．5．2 PTO的催化氧化性能13-15
• 1．5．3 PTO结构和组成与其催化活性的关系15-17
• 1．5．3．1 外表面型反应和内表面型反应15
• 1．5．3．2 A位取代15-16
• 1．5．3．3 B位取代16-17
• 1．5．4 钙钛矿型催化剂的制备方法17-19
• 第二章 实验部分19-28
• 1． 试剂19
• 2． 检测方法与仪器19-20
• 3． 活性评价装置与方法20-21
• 3．1 活性评价装置20-21
• 3．2 转化率的计算21
• 4． 催化剂的制备21-22
• 4．1 制备方法21
• 4．2 制备实例21-22
• 5． 催化剂的一般特征22-28
• 5．1 催化剂的活性22-26
• 5．2 催化剂的晶相26
• 5．3 催化剂的比表面积26-28
• 第三章 结果与讨论28-64
• 1． 催化剂的制备条件及其影响28-48
• 1．1 焙烧温度对于催化剂制备的影响28-30
• 1．1．1 焙烧温度对于 La_0．6Ba_0．4Co_0．2Fe_0．8O_3制备的影响28-29
• 1．1．2 焙烧温度对于 La_0．6Ba_0．4Co_0．2Fe_0．8O_3制备的影响29-30
• 1．2 B位掺杂的影响30-43
• 1．2．1 Co系掺杂的影响30-33
• 1．2．1．1 Co系掺杂活性数据30-31
• 1．2．1．2 Co系掺杂的XRD研究31-32
• 1．2．1．3 Co系掺杂的 XPS研究32-33
• 1．2．1．4 比表面结果33
• 1．2．2 B位掺杂 Co: Fe比例对活性的影响33-35
• 1．2．2．1 B位不同Co: Fe掺杂比例的活性数据33-34
• 1．2．2．2 B位不同Co: Fe掺杂比例的 XRD图34-35
• 1．2．3 Ni系掺杂的影响35-39
• 1．2．3．1 Ni系掺杂催化剂的活性35-37
• 1．2．3．2 Ni系掺杂的 XRD研究37-38
• 1．2．3．3 Ni系掺杂的 XPS结果38
• 1．2．3．4 比表面积结果38-39
• 1．2．4 B位不同Ni: Fe掺杂比例的影响39-41
• 1．2．4．1 B位取代不同Ni: Fe掺杂比例的活性数据39-40
• 1．2．4．2 B位不同Ni: Fe掺杂比例的 XRD研究40-41
• 1．2．4．3 比表面积结果41
• 1．2．5 B位掺杂 Co,Ni的对比41-43
• 1．2．5．1 活性比较41-42
• 1．2．5．2 XRD结果42
• 1．2．5．3 XPS结果42-43
• 1．3 A位取代的影响43-48
• 1．3．1 Co系 A位不同 La: Ba比例的影响43-45
• 1．3．1．1 A位不同 La: Ba比例的活性数据43
• 1．3．1．2 A位取代不同 La: Ba比例 XRD图43-45
• 1．3．1．3 Co系 A位取代的 XPS结果45
• 1．3．2 Ni系 A位取代 La: Ba比例的影响45-48
• 1．3．2．1 A位取代不同 La: Ba掺杂比例的活性45-47
• 1．3．2．2 A位取代不同 La: Ba比例的 XRD研究47-48
• 2． 催化剂耐热性研究48-64
• 2．1 制备温度下使用催化剂的耐热性考察48-49
• 2．1．1 La_0．6Ba_0．4Co_0．2Fe_0．8O_3的考察48-49
• 2．1．2 La_0．6Ba_0．4Co_0．2Fe_0．8O_3考察49
• 2．2 Co系掺杂的耐热性考察49-56
• 2．2．1 Co系掺杂的活性数据49-50
• 2．2．2 催化剂在高温下活性下降的原因分析50-56
• 2．2．2．1 XRD图50-52
• 2．2．2．2 比表面积测试结果52
• 2．2．2．3 Co系掺杂的XPS结果52-54
• 2．2．2．4 电镜与电子能谱的测试54-56
• 2．3 Co系 A位取代比例对耐热性的影响56-58
• 2．3．1 Co系 A位取代耐热前后活性对比56-57
• 2．3．2 Co系 A位后取代的XPS结果57-58
• 2．4 Ni系掺杂对于耐热性的影响58-60
• 2．4．1 Ni系掺杂的耐热前后的活性对比58-59
• 2．4．2 Ni系掺杂样品耐热前后的 XPS结果59-60
• 2．5 Ni系 B位掺杂比例对耐热性影响60
• 2．5．1 B位不同掺杂比例的耐热前后活性对比60
• 2．6 La_0．6Ba_0．4Co_0．2Fe_0．8O_3和 La_0．6Ba_0．4Co_0．2Fe_0．8O_3耐热性比较60-63
• 2．6．1 活性数据60-61
• 2．6．2 XPS结果61-62
• 2．6．3 O_2-TPD结果62-63
• 2．7 提高耐热性的设想63-64
• 参考文献64-67
• 后记67

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