Ru基催化劑的合成及其表面物種對催化消除NOx的影響.pdf

1、氮氧化物是典型的環(huán)境污染物，會破壞臭氧層、形成酸雨、化學煙霧等。其中，N2O是繼CO2、CH4之后的第三大溫室效應氣體，潛熱值是CO2的310倍，在大氣中穩(wěn)定存活120年之久。因此，高效的控制N2O氣體的排放具有現(xiàn)實意義。催化方法是消除氮氧化物的主要手段。
　　本論文選擇Al2O3、Co3O4和La1.6Sr(Ba)0.4NiO4在為載體，制備了一系列的Ru基催化劑。以催化N2O分解和NO+CO為模型反應，通過XRD、TEM、XP

2、S、H2-TPR、O2-TPD、in situ DRIFTS等手段對催化劑的結構、可被還原能力、氧的脫附能力、表面釕活性物種、氧空位等性質進行表征。考察Ru與載體之間的相互作用對Ru顆粒大小、分散以及價態(tài)的影響，以及對催化劑表面性質的改變;明確催化劑催化活性、穩(wěn)定性、抗H2O和O2等性能的影響因素;提出相應的催化反應活性物種和反應過程。主要工作如下:
　　(1)分別采用H2、空氣和NaBH4處理方法制備一系列表面含不同Ru物種的R

3、u/Al2O3催化劑。考察催化劑分解N2O催化性能。新鮮催化劑活性順序為:Ru/Al2O3-H2＞Ru/Al2O3-NaBH4＞Ru/Al2O3-air。但催化劑使用后出現(xiàn)明顯的低溫失活現(xiàn)象。因此，考察催化劑的失活原因及催化N2O分解的活性物種。Ru顆粒團聚，以及N2O分解過程中，O沒有及時脫附，使Ru價態(tài)升高，轉變成低活性物種降低了催化劑活性。Ru與Al2O3之間的相互作用較弱，不能使表面活性Ru物種穩(wěn)定存在。
　　(2)通過共

4、沉淀的方法制備一系列的Rux-Co3O4(x=0.1-0.3)催化劑?？疾齑呋瘎┓纸釴2O的催化性能（活性、穩(wěn)定性、抗O2和H2O性）。Rux-Co3O4比Co3O4具有更高的活性和穩(wěn)定性。在O2(1.5％)和H2O(2.1％)存在下，依然保持較好的催化性能。隨后，考察Rux-Co3O4高活性及Co3O4易失活的主要原因。與Co3O4相比較，Rux-Co3O4催化劑具有更高的結構穩(wěn)定性、脫附氧能力以及更多表面Co2+和氧空位含量，這歸因

5、于Ru與Co3O4之間強的相互作用。這種相互作用控制Ru顆粒的生長及分散，穩(wěn)定高活性Ru價態(tài)。
　　(3)通過浸漬和EG還原法制備Ru/La16Sr0.4NiO4(LSN)催化劑，探討Ru/LSN催化N2O分解失活的原因。N2O分解的O物種吸附在催化劑的活性位上，較難脫附，活性位不能循環(huán);Ru物種被O物種氧化，生成低活性的Ru4+，從而催化劑失活。而Ru/LSN-EG催化劑穩(wěn)定性高，即使在O2(3％)和H2O(4.2％)條件下，依

6、然保持高活性和穩(wěn)定性。Ru與LSN之間存在較強的相互作用，這種作用能夠提高Ru分散，穩(wěn)定表面高活性Ru3+物種。
　　(4)通過EG還原方法制備Ru/La1.6Ba0.4NiO4(Ru/LBN)催化劑，考察催化劑消除NO+CO反應的催化性能。與LBN相比較，Ru/LBN表現(xiàn)出較高的催化NO+CO反應活性和穩(wěn)定性,500℃時，NO和CO幾乎完全轉化。Ru與LBN之間的相互作用導致LBN的表面發(fā)生再構，從而Ru/LBN具有高的可被還原