不同活性源整體式催化劑的制備及其催化性能研究.pdf

1、催化燃燒是一種高效率、低污染的能源利用和工業(yè)廢尾氣處理技術(shù)，而催化燃燒技術(shù)的關(guān)鍵在于催化劑的制備。本文作者以堇青石蜂窩陶瓷為骨架載體、γ-Al2O3作為過(guò)渡涂層、鈰釔氧化物復(fù)合涂層作為第二載體，選用不同的貴金屬鹽（硝酸鈀、醋酸鈀、氯化鈀），通過(guò)水溶液浸漬法和溶膠浸掛法負(fù)載貴金屬活性組分，成功制備出六種負(fù)載鈀整體式催化劑，分別標(biāo)記為PN、PAC、PCL、PN-sol、PAC-sol和PCL-sol。并采用XRD、SEM、ICP、BET和X

2、PS等方法對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。同時(shí)，以甲烷催化燃燒為模型反應(yīng)考察了催化劑的催化活性和動(dòng)力學(xué)特征。
　　研究結(jié)果表明:采用氯化鈀溶液作為前驅(qū)體，在強(qiáng)酸體系中采用水溶液浸漬法負(fù)載貴金屬制備的整體式催化劑，涂層結(jié)合強(qiáng)度低，開(kāi)裂、脫落現(xiàn)象嚴(yán)重。通過(guò)調(diào)節(jié)pH值降低酸度等方法，有效地降低酸性體系對(duì)涂層的腐蝕，涂層均勻，與基體結(jié)合牢固。在采用溶膠浸掛法負(fù)載貴金屬制備整體式催化劑的過(guò)程中，焙燒溫度選擇500℃是比較合適的。
　　在相同

3、的鈀前驅(qū)體濃度的情況下，六種整體式催化劑甲烷燃燒催化活性從高到低的順序如下:PN-sol＞PAC-sol＞PN＞PAC＞PCL≈PCL-sol，說(shuō)明溶膠掛膠法制備的催化劑的催化活性都優(yōu)于相應(yīng)的水溶液浸漬法制備的。值得注意的是，采用溶膠浸掛法制備的催化劑上Pd的實(shí)際負(fù)載量約0.1mass％，遠(yuǎn)低于水溶液浸漬法制備的(0.2-0.3mass％)，可大大減少貴金屬Pd的用量。因此，溶膠浸掛法是一種比水溶液浸漬法更先進(jìn)實(shí)用的制備整體式催化劑的方

4、法。
　　不同活性源以及制備方法對(duì)于整體式催化劑表面物種及催化性能具有重要影響。XPS檢測(cè)到PN-sol催化劑表面PdO活性相和Pd相共存，而PN催化劑表面只有PdO相。兩相共存保證了Pd和PdO間自催化反應(yīng)，因而PN-sol催化劑展現(xiàn)出最優(yōu)異的催化活性。PAC和PAC-sol兩種催化劑表面都含有適量的PdO活性相，這保證了PAC和PAC-sol具有比較好的催化活性，然而，PAC-sol催化劑的Pd3d5/2和Pd3d3/2結(jié)合能

5、都低于PAC催化劑的，因而前者具有更好的催化活性。不管是PCL還是PCL-sol兩種催化劑都不含PdO活性相，只含有PdO2非活性相，使得催化劑催化活性都較差，含氯的鈀鹽不適合作為前驅(qū)體制備整體式催化劑。
　　對(duì)甲烷在六組催化劑上的催化燃燒反應(yīng)進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)分析表明:在工程計(jì)算上，把甲烷催化燃燒當(dāng)成一級(jí)反應(yīng)是可靠的;甲烷在PN-sol催化劑上催化燃燒的反應(yīng)活化能最小(11036.75J/mol)，催化燃燒反應(yīng)最容易進(jìn)行，因而催化活性