鉀促進的鎂鋁水滑石復合氧化物對碳煙顆粒物的催化燃燒.pdf

1、柴油機憑借良好的動力性、經濟性和耐久性等優(yōu)點在各種動力裝置、船舶和車輛上得到日益廣泛的應用，但其排放的污染物對環(huán)境和人類健康帶來了嚴重的危害。柴油機排放的主要污染物為碳煙和氮氧化物(NOx)，無法用傳統(tǒng)的汽油機三效催化劑來消除，發(fā)展有效的柴油機尾氣后處理控制技術迫在眉睫。 采用催化顆粒過濾器(CDPF)技術，降低燃燒溫度，是控制柴油機碳煙排放的根本有效措施之一。催化劑的研究開發(fā)成為該技術的核心，在眾多催化材料中，堿金屬鉀對催化

2、碳煙燃燒具有較高的活性，日益受到人們的廣泛關注；在催化劑載體中，具有層狀結構的水滑石類材料性能優(yōu)異，焙燒后制備的復合氧化物具有比表面積大、活性元素分布均勻、穩(wěn)定性良好的優(yōu)點，可用作良好的催化劑載體。本文以水滑石復合氧化物為載體，制備了負載堿金屬鉀的催化劑，研究了材料的理化性質，考察了碳煙和催化劑在松接觸和緊接觸兩種條件下的燃燒特性，獲得了具有良好碳煙燃燒性能的催化劑。 本文先采用XRD、粒度分析儀、氮氣吸脫附和熱重分析技術研究

3、了碳煙顆粒的特征和燃燒特性。碳煙粒徑主要分布在0.1-0.8μm范圍內，集中于0.155μm左右；比表面積為93.50m2/g，具有強吸附能力。在空氣氣氛下，升溫速率影響碳煙的燃燒行為：在升溫速率為5℃/min時，碳煙起燃溫度為527℃，而升溫速率為50℃/min時達到645℃，而其起燃溫度明顯高于柴油車尾氣的排放溫度。采用Ozwa法計算碳煙非催化燃燒的活化能為140.28kJ/mol。 采用共沉淀法合成了鎂鋁水滑石，X射線衍

4、射(XRD)與傅立葉紅外(FTIR)分析結果證實了其水滑石結構，950℃焙燒后得到其復合氧化物。以碳酸鉀為前驅體，通過浸漬法負載了不等量的鉀，然后850℃焙燒得到一系列不同鉀含量的鎂鋁水滑石復合氧化物。結果發(fā)現(xiàn)，850℃焙燒前樣品的晶相主要為Mg(OH)2、尖晶石MgAl2O4以及少量恢復的水滑石，只有在鉀負載量為15wt．％的樣品中可以觀察到明顯的K2CO3相；850℃焙燒后，所有樣品呈現(xiàn)以MgO型MgAlO和尖晶石型MgAl2O4為

5、主的晶相，鉀負載量為15wt．％的樣品中的仍有K2CO3相殘留。對焙燒后樣品進行N2等溫吸脫附測試，結果發(fā)現(xiàn)隨鉀含量增大，樣品比表面積和孔體積明顯下降而平均孔徑增大。傅立葉紅外(FTIR)和二氧化碳程序升溫脫附(CO2-TPD)測試結果表明，鉀增進了催化劑的堿性，從而促進了CO2的吸附。 采用程序升溫氧化技術(TPO)測試了碳酸鉀負載鎂鋁水滑石催化碳煙燃燒的活性。結果發(fā)現(xiàn)，鉀的負載明顯提高了催化劑的活性，這可能與鉀對催化劑堿性

6、的增強有關。當鉀的負載量高于5wt.％時，鉀含量的增加對催化劑活性的改善并不明顯。對比催化劑在與碳煙不同接觸條件下(松散接觸和緊密接觸)的活性，發(fā)現(xiàn)鉀的負載明顯減弱了對接觸方式的敏感度，可歸因于鉀的負載導致的催化劑孔尺寸的增大?；钚匝芯窟€發(fā)現(xiàn)，含鉀催化劑中，碳煙燃燒過程中產生的CO2在鉀位上發(fā)生吸附形成了羥基碳酸鋁鉀(KAl(CO3)(OH)2)以及其他類型碳酸鹽，這些碳酸鹽在高溫發(fā)生分解。含鉀催化劑在活性重復20次之后，起燃溫度僅提高

7、了28℃，表明含鉀的催化劑具有較高的壽命。作為比較，本文研究了醋酸鉀負載的鎂鋁水滑石復合氧化物。結果發(fā)現(xiàn)，以醋酸鉀為前驅體的含鉀催化劑的性質和催化碳煙燃燒的行為同以碳酸鉀為前驅體的含鉀催化劑類似，但是前者的催化活性略低于后者，表明碳酸鉀更適合作為鉀的前驅體。 本文還研究了NOx的傅立葉變換紅外光譜定量分析技術。首先記錄了NOx氣體(包括N2O，NO2和NO)的標準譜圖，尋找其特征峰，根據(jù)其特征峰強度對測量氣體進行定量分析。結果