耐高溫濕氧腐蝕的新型鋯酸鑭負(fù)載型催化劑的制備與性能研究.pdf

1、無毒單元推進(jìn)劑具有綠色無毒、高密度比沖、低冰點(diǎn)、易儲存等優(yōu)點(diǎn)，在小型空間推進(jìn)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，無毒單元推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生高溫、強(qiáng)酸、高濕氧的燃?xì)猸h(huán)境，對催化床具有強(qiáng)烈的腐蝕和破壞作用，傳統(tǒng)催化劑已無法滿足單元推進(jìn)劑的應(yīng)用需求。燒綠石相鋯酸鑭(La2Zr2O7，LZO)具有優(yōu)異的耐高溫，抗?jié)裱鹾退岣g性能，是一種理想的無毒單元推進(jìn)劑用催化劑載體材料。本文以多孔LZO為原料，采用擠出成型工藝制備了LZO催化劑載體。在此基礎(chǔ)上，采用多

2、次浸漬工藝，在LZO載體上負(fù)載對無毒單元推進(jìn)劑具有優(yōu)異催化性能的貴金屬銥(Ir)，制備了Ir/LZO催化劑。系統(tǒng)研究了催化劑載體和催化劑的制備工藝，并對催化劑的應(yīng)用性能進(jìn)行了評估。
　　研究了水粉比對擠出成型工藝過程及催化劑載體性能的影響。結(jié)果表明，對于LZO粉體，成型的最優(yōu)水粉比約為0.41 g/g，此時(shí)擠出效率較高，且擠出的載體綜合性能最佳;水粉比對載體的介孔結(jié)構(gòu)無明顯影響，但隨著水粉比的增加，載體的大孔減少。
　　系統(tǒng)

3、研究了焙燒溫度、焙燒時(shí)間對催化劑載體晶體結(jié)構(gòu)、壓縮強(qiáng)度、孔結(jié)構(gòu)的影響。研究表明，在催化劑載體焙燒過程中，主要發(fā)生了載體材料晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和載體的燒結(jié)。為獲得合適比表面積和壓縮強(qiáng)度的載體，最優(yōu)焙燒工藝為:焙燒溫度為1000℃，焙燒時(shí)間為3h。
　　制備了LZO催化劑載體，并研究了載體的組成、結(jié)構(gòu)、荷電特性和表面酸性。研究表明，制備的載體為燒綠石結(jié)構(gòu)，載體中La和Zr的摩爾比n(La)∶n(Zr)為0.91∶1，載體比表面積為27.6

4、8m2/g，孔體積為0.083cm3/g，平均孔徑為21.34nm，壓縮強(qiáng)度為26.2MPa。LZO載體的等電點(diǎn)(IEPS)為9.0，當(dāng)pH＜9.0時(shí)顆粒表面帶正電，pH為3.8時(shí)zeta電位達(dá)到最大值為36.7V;當(dāng)pH＞9.0時(shí)顆粒帶負(fù)電，并且隨著pH值的增大zeta電位的絕對值增大。LZO載體表面存在弱酸、中強(qiáng)酸和強(qiáng)酸三種酸，酸含量分別為0.074mg/g、0.002mg/g和0.009mg/g。載體中Zr元素的存在使載體獲得一定

5、的酸性，稀土元素La的摻雜改善了載體的結(jié)構(gòu)，從而使載體的酸種類和酸強(qiáng)度均有所增加。
　　研究了催化劑焙燒活化溫度和還原溫度對催化劑的影響。研究表明，催化劑焙燒活化過程中載體組成、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，主要發(fā)生了Ir前驅(qū)體的分解，生成了Ir、 IrO2、IrCl3三種產(chǎn)物，同時(shí)焙燒活化過程中會伴隨Ir的燒結(jié)。催化劑的最佳焙燒活化溫度為500℃。催化劑的還原過程中，發(fā)生了銥的化合物的還原同時(shí)發(fā)生Ir顆粒的燒結(jié)，為使Ir高度分散催化劑的還原溫度應(yīng)低

6、于550℃。
　　研究了Ir/LZO催化劑的靜態(tài)高溫性能、抗熱震性能和抗水汽腐蝕性能。1200℃靜態(tài)高溫環(huán)境中，Ir/LZO催化劑組成、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，催化劑發(fā)生為燒結(jié)，壓縮強(qiáng)度上升10.3％，比表面積下降25.3％，活性相Ir由1-2nm燒結(jié)長大至約為10nm; Ir/LZO催化劑具有優(yōu)異的抗熱震性能，1200℃水淬10次催化劑未發(fā)生破碎，壓縮強(qiáng)度下降20.2％，比表面積下降43.7％，熱震考核過程中催化劑表面出現(xiàn)裂紋，并且催化劑發(fā)生

7、燒結(jié)，活性相平均粒徑長大至3μm;1200℃水汽環(huán)境中，LZO催化劑載體發(fā)生一定程度燒結(jié)、分相，Ir發(fā)生一定程度燒結(jié)和氧化，催化劑比表面積下降50.9％，壓縮強(qiáng)度增大30.5％。
　　采用點(diǎn)滴實(shí)驗(yàn)和熱重實(shí)驗(yàn)，研究了Ir/LZO催化劑對無毒單元推進(jìn)劑的催化性能。研究結(jié)果表明，催化劑的點(diǎn)火延遲時(shí)間為30ms，推進(jìn)劑催化反應(yīng)時(shí)間205ms。Ir/LZO催化劑催化分解無毒單元推進(jìn)劑的點(diǎn)火溫度約為52℃。LZO表面具有一定酸性，對無毒單元推