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

【摘要】： 由于世界能源日益减少、环境污染越来越严重，清洁能源甲烷的催化燃烧受到了人们的重视。本文参考了各类燃烧催化剂的设计经验，希望寻找一种具有大比表面积、高热阻的载体材料，然后以简单的制造工艺对载体进行改性将钯负载上去，通过烧成制得具有对甲烷催化燃烧高活性的负载型钯催化剂。 氧化铝是一种多孔性、高分散度的固体物料，有很大的比表面积，其微孔表面具备催化作用所要求的特性，如吸附性能、表面酸性、热稳定性等。所以选择其作为载体材料。 本篇论文共对两个系列的负载型钯催化剂进行了初步的研究。第一系列为600℃下烧成的负载型钯催化剂，在这一系列里先用金属氧化物MO_x(M=Zr,Fe,Ce,Mg)对氧化铝进行表面改性，然后用等容浸渍法将钯负载上去，最后在600℃下烧成制得1％Pd/Al_2O_3、1％Pd1％Zr/Al_2O_3、1％Pd1％Fe/Al_2O_3、1％Pd1％Ce/Al_2O_3、1％Pd1％Mg/Al_2O_3等催化剂。对它们分别进行了活性、比表面积、XRD、TEM、TPD、TG等实验，发现金属助剂对钯催化剂的甲烷催化燃烧的活性有明显的改善，未添加金属助剂的1％Pd/Al_2O_3催化剂对甲烷燃烧百分十转化率的T_(10)为360℃，T_(90)为507℃；而添加了金属氧化物的钯催化剂活性最好的为1％Pd1％Mg/Al_2O_3催化剂，其T_(10)为280℃，T_(90)为385℃，从T_(10)可以看出添加了金属助剂后，催化剂对甲烷百分十的转化率温度下降了80℃。从活性测试的结果看金属助剂对钯催化剂活性改善的顺序为：Mg〉Ce〉Zr〉Fe。从1％Pd1％Mg/Al_2O_3催化剂活性随时间变化的实验中(催化剂在500℃下连续煅烧24小时、50小时、60小时后测试其活性。)，发现催化剂的活性随时间的增加而下降，24小时的T_(10)为290℃，50小时的T_(10)℃为305℃，50小时后活 袁强 厦门大学硕士学位论文 性基本没有变化。从不同镁含量对催化剂活性的影响实验中（催化剂为 l％Pdl％Mg／Alzo。、二％PdZ％Mg／AI。0。、l％Pd4％Mg／AI。0：；、1％Pds％Mg／AI。0。、 1徘1肥晚从刃。人得出随着镁含量的增加催化剂的活性发生下降，在1汾8％ 镁之间含量的催化剂活性下降不大，T，；；变化在25C以内，而含10％镁的催化 剂活性下降很大，T：。为345oC。从比表面积测试结果发现在600oC下烧成的 催化剂的比表面积都较大，在115－165m’／g之间，把比表面积与催化剂的活 性相联系初步得出比表面积越大活性越好的结论。 第二系列是在1000oC下烧成的催化剂，在这一系列里添加金属氧化物 MOx（M－WCe，Zf3La，Mnpi，Mg，Fe）对氧化铝进行改性，然后负载百分一的铅 在 1000℃下烧成制得催化剂。对它们作了活性、比表面积、XRD、TEM、TPD、 TG等实验，发现在 1000 oC下烧成的钮催化剂，金属助剂对催化剂活性的作 用有的改善有的阻止。其中 Mg、Fe、Zr、N i对铂催化剂的活性起到了促进 作用，而Ce、La、W、Mn对铅催化剂的活性起到了抑制作用。添加镁助剂的 钮催化剂活性在这一系列里最好。T，；，为 365 C，与未添加金属助剂的铝催化 剂相比较 T；。下降了 40C。在这一系列里另外用共沉淀法制备了 IMgl IAI、 2Mg10AI（IMgllAI表示镁与铝的摩尔比为1：11）。其中IMgllAI 在1200℃ 下烧成，2Mg10AI在1000℃下烧成。然后负载百分一的铝在m00℃下烧成制 得把催化剂。对它们进行了活性、比表面积、XRD实验。发现用在］000 OC下 烧成的载体ZMgl0AI制备的铂催化剂活性非常好，其T；。为320C，在460C 对甲烷达到完全燃烧；而用IMgllAI制备的耙催化剂T；；；为415oC。从比表面 积比较，前者为68．lin丫g，后者为13．7m丫g。由于比表面积大有利于铅在载体 上的充分分散，所以活性比用 IMgl IAI制备的铂催化剂好。从 XRD谱图上分 析，由于IMgllAI在1200oC下烧成产生了大量的aA刃。而导致载体的比表 面积大幅度的下降。 n 袁强 厦门大学硕1：学位论文 对两不同系列的负载型铝催化剂进行比较，发现烧成温度对耙催化剂的 比表面积和活性的影响很大，在600℃下烧成的负载型铅催化剂的比表面积 在 115刁 丫g之间而在 1000’C下烧成的铂催化剂的比表面积在 70个0m丫伯 之间，比表面积下降了 狈｛0m勺。对成分相同且在同系列里活性最好的 1＄Pdl％Mg／AI＊催化剂而言，600℃下烧成的比表面积为161．6m／，1000℃ 下烧成的为88．5 二＊g，比表面下降了近一半：而600℃下烧成的 1％Pd％Mg／AI八催化剂对甲烷催化燃烧的T；。为280℃，1000C下烧成的T；；， 为365oC。从这可以推断出温度增加，使载体及活性物种氧化铂的晶粒长大 或被烧结，从而使得催化剂的比表面积大幅度的下降。这一点也可以从TEM 图上看出，在600OC下烧成的催化剂的耙晶粒很小，直径只有8－15urn之间， 且晶粒的数量很多，而在1000C下烧成的催化剂的钒晶粒大幅度的增加，亘 径达到 00川，比 600 C下烧成的钒颗粒的直径大了 6倍并且数量也比低。 下烧成的催化剂少很多。从 TPD谱图上可以看到在 【关键词】：
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：O643.2
【目录】：

• 第一章 前言13-38
• 第一节 世界及我国天然气的开发和利用概况13-16
• 1．1．1 世界各国的天然气概况13-14
• 1．1．2 我国的天然气概况及西气东输战略策略14-16
• 第二节 燃烧的环境污染问题及对策16-19
• 1．2．1 NOx16-18
• 1．2．2 CO、烃类等不完全燃烧产物18
• 1．2．3 CO218-19
• 第三节 催化燃烧技术简介19-28
• 1．3．1 催化燃烧技术的兴起19-21
• 1．3．2 催化燃烧的工作原理21-24
• 1．3．3 高温催化燃烧的环保特点24-25
• 1．3．4 几种典型的催化燃烧设计25-28
• 第四节 燃烧催化剂研究进展28-33
• 1．4．1 掺杂型六铝酸盐28-29
• 1．4．2 金属氧化物29-31
• 1．4．3 贵金属负载型催化剂31-33
• 第五节 课题的研究目的与设计33-34
• 参考文献34-38
• 第二章 钯催化剂对甲烷低温催化氧化作用的研究38-51
• 第一节 实验部分38-41
• 2．1．1 催化剂的制备38
• 2．1．2 催化剂的活性评价及表征38-39
• 2．1．3 气体组成分析计算方法39-41
• 第二节 结果与讨论41-45
• 2．2．1 不同助剂对催化剂的影响41-43
• 2．2．2 不同镁含量对催化剂活性的影响43-44
• 2．2．3 以铁为助剂的钯催化剂活性的研究44-45
• 第三节 小结45-46
• 参考文献46-47
• 附图47-51
• 第三章 甲烷高温催化氧化作用的研究51-66
• 第一节 实验部分51-52
• 3．1．1 催化剂的制备51
• 3．1．2 催化剂的活性评价与表征方法51-52
• 第二节 结果与讨论52-56
• 3．2．1 不同助剂对催化剂的影响52-54
• 3．2．2 不同镐含量对催化剂活性的影响54-55
• 3．2．3 酸处理载体对催化剂活性的初步研究55-56
• 第三节 共沉淀法制备的载体对催化剂活性的研究56-58
• 第四节 小结58-60
• 附图60-66
• 第四章 烧成温度对钯催化剂的影响66-74
• 附图69-74
• 第五章 讨论与结论部分74-79
• 5．1．1 讨论部分74-76
• 5．1．2 结论部分76-78
• 参考文献78-79
• 致谢79-80
• 附录80

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