氧化鋁為載體的負載型鈀催化劑對甲烷催化燃化燃燒反應(yīng)性能的研究

【摘要】： 由于世界能源日益減少、環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，清潔能源甲烷的催化燃燒受到了人們的重視。本文參考了各類燃燒催化劑的設(shè)計經(jīng)驗，希望尋找一種具有大比表面積、高熱阻的載體材料，然后以簡單的制造工藝對載體進行改性將鈀負載上去，通過燒成制得具有對甲烷催化燃燒高活性的負載型鈀催化劑。 氧化鋁是一種多孔性、高分散度的固體物料，有很大的比表面積，其微孔表面具備催化作用所要求的特性，如吸附性能、表面酸性、熱穩(wěn)定性等。所以選擇其作為載體材料。 本篇論文共對兩個系列的負載型鈀催化劑進行了初步的研究。第一系列為600℃下燒成的負載型鈀催化劑，在這一系列里先用金屬氧化物MO_x(M=Zr,Fe,Ce,Mg)對氧化鋁進行表面改性，然后用等容浸漬法將鈀負載上去，最后在600℃下燒成制得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等催化劑。對它們分別進行了活性、比表面積、XRD、TEM、TPD、TG等實驗，發(fā)現(xiàn)金屬助劑對鈀催化劑的甲烷催化燃燒的活性有明顯的改善，未添加金屬助劑的1％Pd/Al_2O_3催化劑對甲烷燃燒百分十轉(zhuǎn)化率的T_(10)為360℃，T_(90)為507℃；而添加了金屬氧化物的鈀催化劑活性最好的為1％Pd1％Mg/Al_2O_3催化劑，其T_(10)為280℃，T_(90)為385℃，從T_(10)可以看出添加了金屬助劑后，催化劑對甲烷百分十的轉(zhuǎn)化率溫度下降了80℃。從活性測試的結(jié)果看金屬助劑對鈀催化劑活性改善的順序為：Mg〉Ce〉Zr〉Fe。從1％Pd1％Mg/Al_2O_3催化劑活性隨時間變化的實驗中(催化劑在500℃下連續(xù)煅燒24小時、50小時、60小時后測試其活性。)，發(fā)現(xiàn)催化劑的活性隨時間的增加而下降，24小時的T_(10)為290℃，50小時的T_(10)℃為305℃，50小時后活 袁強 廈門大學(xué)碩士學(xué)位論文 性基本沒有變化。從不同鎂含量對催化劑活性的影響實驗中（催化劑為 l％Pdl％Mg／Alzo。、二％PdZ％Mg／AI。0。、l％Pd4％Mg／AI。0：；、1％Pds％Mg／AI。0。、 1徘1肥晚從刃。人得出隨著鎂含量的增加催化劑的活性發(fā)生下降，在1汾8％ 鎂之間含量的催化劑活性下降不大，T，；；變化在25C以內(nèi)，而含10％鎂的催化 劑活性下降很大，T：。為345oC。從比表面積測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)在600oC下燒成的 催化劑的比表面積都較大，在115－165m’／g之間，把比表面積與催化劑的活 性相聯(lián)系初步得出比表面積越大活性越好的結(jié)論。 第二系列是在1000oC下燒成的催化劑，在這一系列里添加金屬氧化物 MOx（M－WCe，Zf3La，Mnpi，Mg，F(xiàn)e）對氧化鋁進行改性，然后負載百分一的鉛 在 1000℃下燒成制得催化劑。對它們作了活性、比表面積、XRD、TEM、TPD、 TG等實驗，發(fā)現(xiàn)在 1000 oC下燒成的鈕催化劑，金屬助劑對催化劑活性的作 用有的改善有的阻止。其中 Mg、Fe、Zr、N i對鉑催化劑的活性起到了促進 作用，而Ce、La、W、Mn對鉛催化劑的活性起到了抑制作用。添加鎂助劑的 鈕催化劑活性在這一系列里最好。T，；，為 365 C，與未添加金屬助劑的鋁催化 劑相比較 T；。下降了 40C。在這一系列里另外用共沉淀法制備了 IMgl IAI、 2Mg10AI（IMgllAI表示鎂與鋁的摩爾比為1：11）。其中IMgllAI 在1200℃ 下燒成，2Mg10AI在1000℃下燒成。然后負載百分一的鋁在m00℃下燒成制 得把催化劑。對它們進行了活性、比表面積、XRD實驗。發(fā)現(xiàn)用在］000 OC下 燒成的載體ZMgl0AI制備的鉑催化劑活性非常好，其T；。為320C，在460C 對甲烷達到完全燃燒；而用IMgllAI制備的耙催化劑T；；；為415oC。從比表面 積比較，前者為68．lin丫g，后者為13．7m丫g。由于比表面積大有利于鉛在載體 上的充分分散，所以活性比用 IMgl IAI制備的鉑催化劑好。從 XRD譜圖上分 析，由于IMgllAI在1200oC下燒成產(chǎn)生了大量的aA刃。而導(dǎo)致載體的比表 面積大幅度的下降。 n 袁強 廈門大學(xué)碩1：學(xué)位論文 對兩不同系列的負載型鋁催化劑進行比較，發(fā)現(xiàn)燒成溫度對耙催化劑的 比表面積和活性的影響很大，在600℃下燒成的負載型鉛催化劑的比表面積 在 115刁 丫g之間而在 1000’C下燒成的鉑催化劑的比表面積在 70個0m丫伯 之間，比表面積下降了 狽｛0m勺。對成分相同且在同系列里活性最好的 1＄Pdl％Mg／AI＊催化劑而言，600℃下燒成的比表面積為161．6m／，1000℃ 下燒成的為88．5 二＊g，比表面下降了近一半：而600℃下燒成的 1％Pd％Mg／AI八催化劑對甲烷催化燃燒的T；。為280℃，1000C下燒成的T；；， 為365oC。從這可以推斷出溫度增加，使載體及活性物種氧化鉑的晶粒長大 或被燒結(jié)，從而使得催化劑的比表面積大幅度的下降。這一點也可以從TEM 圖上看出，在600OC下燒成的催化劑的耙晶粒很小，直徑只有8－15urn之間， 且晶粒的數(shù)量很多，而在1000C下燒成的催化劑的釩晶粒大幅度的增加，亙 徑達到 00川，比 600 C下燒成的釩顆粒的直徑大了 6倍并且數(shù)量也比低。 下燒成的催化劑少很多。從 TPD譜圖上可以看到在 【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2001
【分類號】：O643.2
【目錄】：

• 第一章 前言13-38
• 第一節(jié) 世界及我國天然氣的開發(fā)和利用概況13-16
• 1．1．1 世界各國的天然氣概況13-14
• 1．1．2 我國的天然氣概況及西氣東輸戰(zhàn)略策略14-16
• 第二節(jié) 燃燒的環(huán)境污染問題及對策16-19
• 1．2．1 NOx16-18
• 1．2．2 CO、烴類等不完全燃燒產(chǎn)物18
• 1．2．3 CO218-19
• 第三節(jié) 催化燃燒技術(shù)簡介19-28
• 1．3．1 催化燃燒技術(shù)的興起19-21
• 1．3．2 催化燃燒的工作原理21-24
• 1．3．3 高溫催化燃燒的環(huán)保特點24-25
• 1．3．4 幾種典型的催化燃燒設(shè)計25-28
• 第四節(jié) 燃燒催化劑研究進展28-33
• 1．4．1 摻雜型六鋁酸鹽28-29
• 1．4．2 金屬氧化物29-31
• 1．4．3 貴金屬負載型催化劑31-33
• 第五節(jié) 課題的研究目的與設(shè)計33-34
• 參考文獻34-38
• 第二章 鈀催化劑對甲烷低溫催化氧化作用的研究38-51
• 第一節(jié) 實驗部分38-41
• 2．1．1 催化劑的制備38
• 2．1．2 催化劑的活性評價及表征38-39
• 2．1．3 氣體組成分析計算方法39-41
• 第二節(jié) 結(jié)果與討論41-45
• 2．2．1 不同助劑對催化劑的影響41-43
• 2．2．2 不同鎂含量對催化劑活性的影響43-44
• 2．2．3 以鐵為助劑的鈀催化劑活性的研究44-45
• 第三節(jié) 小結(jié)45-46
• 參考文獻46-47
• 附圖47-51
• 第三章 甲烷高溫催化氧化作用的研究51-66
• 第一節(jié) 實驗部分51-52
• 3．1．1 催化劑的制備51
• 3．1．2 催化劑的活性評價與表征方法51-52
• 第二節(jié) 結(jié)果與討論52-56
• 3．2．1 不同助劑對催化劑的影響52-54
• 3．2．2 不同鎬含量對催化劑活性的影響54-55
• 3．2．3 酸處理載體對催化劑活性的初步研究55-56
• 第三節(jié) 共沉淀法制備的載體對催化劑活性的研究56-58
• 第四節(jié) 小結(jié)58-60
• 附圖60-66
• 第四章 燒成溫度對鈀催化劑的影響66-74
• 附圖69-74
• 第五章 討論與結(jié)論部分74-79
• 5．1．1 討論部分74-76
• 5．1．2 結(jié)論部分76-78
• 參考文獻78-79
• 致謝79-80
• 附錄80

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