Co系尖晶石型復(fù)合氧化物的制備及其甲烷催化燃燒性能的研究.pdf

1、貴金屬催化劑擁有良好的催化活性，但由于價格昂貴、資源匱乏而制約其應(yīng)用，研制一種活性高、價格低廉的催化劑顯得很有必要。尖晶石型Co3O4氧化物因具有較好的催化性能和低廉的成本吸引了人們的廣泛興趣，但Co3O4抗燒結(jié)能力較差，而復(fù)合金屬氧化物通常具有較好的熱穩(wěn)定性，因此，尋找一種Co系尖晶石型復(fù)合氧化物以提高催化劑的活性和熱穩(wěn)定性具有一定的研究價值。 本文采用共沉淀法、葡萄糖溶膠凝膠法和溶液燃燒法等方法制備了Co1-xMxCo2O4

2、復(fù)合氧化物，以CH4催化燃燒為探針反應(yīng)，并采用FI-IR、XRD、BET、H2-TPR、DTA-TG等技術(shù)研究了不同金屬氧化物的添加、CeO2摻雜量、制備方法、沉淀劑和焙燒溫度對催化劑結(jié)構(gòu)和性能的影響。 1.采用共沉淀法合成了尖晶石型Co0.5M0.5Co2O4(M=Mg、Zn、Ce)復(fù)合氧化物催化劑，考察了不同金屬氧化物對Co3O4催化劑甲烷催化燃燒性能的影響。研究表明，與Co0.5Mg0.5Co2O4和Co0.5Zn0.5C

3、o2O4催化劑相比，Co0.5Ce0.5Co2O4催化劑表現(xiàn)出較高的催化活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這與該催化劑有較高的晶格畸變率和比表面積，較大的孔徑和孔容，較小的晶粒，較強的氧活動性和較低的表觀活化能有關(guān)。與文獻報道的性能較好的尖晶石型復(fù)合氧化物Cr-Mg-O(T100=520℃)相比，Co0.5Ce0.5Co2O4催化劑的完全轉(zhuǎn)化溫度T100降低了56℃。 2.研究了CeO2的摻雜量對Co1-xCeCo2O4(x=0.1、0.2、0

4、.3、0.4、0.5)催化劑甲烷催化燃燒性能的影響。結(jié)果表明，共沉淀法所制Co1-xCexCo2O4催化劑均形成了尖晶石結(jié)構(gòu)，并且催化活性隨鈰含量的變化而改變，其甲烷催化燃燒的活性順序為 Co0.7Ce0.3Co2O4> Co0.8Ce0.2Co2O4> Co0.9Ce0.1Co2O4>Co0.6Ce0.4Co2O4>Co3O4>Co0.5Ce0.5Co2O4。Co0.7Ce0.3Co2O4催化劑因晶格畸變率和比表面積較大，晶粒較小，還

5、原能力和氧活動性較強，表觀活化能較低而表現(xiàn)出較高的催化活性(T100=429℃)。 3.研究了共沉淀法、葡萄糖溶膠凝膠法和溶液燃燒法等制備方法對Co0.7Ce0.3Co2O4催化劑甲烷催化燃燒性能的影響。與溶膠凝膠法和溶液燃燒法所制Co0.7Ce0.3Co2O4催化劑相比，共沉淀法制備的Co0.7Ce0.3Co2O4催化劑有較高的晶格畸變率和比表面積、較大的孔徑和孔容、較小的晶粒、較強的氧活動性和較低的甲烷催化燃燒反應(yīng)的表觀活化

6、能，從而表現(xiàn)出較好的催化活性。 4.采用共沉淀法制備了Co0.7Ce0.3Co2O4復(fù)合氧化物，考察了不同沉淀劑(K2CO3、(NH4)2CO3和C2H2O4)對催化劑結(jié)構(gòu)和CH4催化燃燒性能的影響。結(jié)果表明，沉淀劑種類對催化劑的催化活性、結(jié)構(gòu)、比表面積和還原能力有顯著的影響，其中以K2CO3為沉淀劑所制Co0.7Ce0.3Co2O4催化劑具有較好的催化活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，其起燃溫度(T10)和完全轉(zhuǎn)化溫度(T100)分別為262

7、℃和428℃，因為該催化劑的晶格畸變率、孔容、比表面積和氧活動性較大，晶粒較小，表觀活化能較低。 5.考察了不同焙燒溫度(400、500和600℃)對Co0.7Ce0.3Co2O4復(fù)合氧化物催化劑甲烷催化燃燒性能的影響。結(jié)果表明，不同焙燒溫度所制Co0.7Ce0.3Co2O4復(fù)合氧化物均具有尖晶石結(jié)構(gòu)，隨著焙燒溫度升高，樣品的晶粒變大，晶格畸變率、孔容和比表面積變小，甲烷催化燃燒反應(yīng)活化能升高，催化活性降低。400℃焙燒的催化劑