纳米La_Mn_O钙钛矿型氧化物_省略_油机尾气碳颗粒催化燃烧性能的

纳米La_Mn_O钙钛矿型氧化物_省略_油机尾气碳颗粒催化燃烧性能的研究_王虹

第50卷第4期 2005年2月

论文

纳米La-Mn-O钙钛矿型氧化物催化剂上柴油机尾气

碳颗粒催化燃烧性能的研究

王虹①② 赵震①* 徐春明① 刘坚① 吕志校②

(①石油大学重质油国家重点实验室, 北京 102249; ②北京石油化工学院化工系, 北京102617.

*联系人, E-mail: zhenzhao@bjpeu.edu.cn)

摘要使用柠檬酸络合法合成了纳米级La1?xMxMnO3 (M = Li, Na, K, Rb; x = 0, 0.10, 0.25)钙钛矿型氧化物. 通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜等分析手段对La1?xMxMnO3催化剂进行了表征; 在固定床微型反应器中评价了碱金属部分取代对钙钛矿型氧化物催化剂消除柴油机尾气中碳颗粒的氧化活性. 结果表明, 以碱金属部分取代LaMnO3中的La3+, 钙钛矿型氧化物催化剂的氧化能力大大提高, 取代量x = 0.25时, 碱金属K的取代效果最佳, 氧化能力最强, 碳颗粒与催化剂松散接触时, 燃烧温度范围为285~430℃, 其与碳颗粒松散接触时的催化活性可与负载贵金属Pt催化剂媲美.

关键词钙钛矿型氧化物柴油机尾气碳颗粒碱金属催化剂

柴油机车排放的尾气中主要污染物有碳烟颗粒物、一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物等, 碳颗粒是汽车尾气污染中产生气味和可见脏污的主要原因, 其表面吸附许多有机污染物、重金属元素和一些致癌物质, 极易被吸入肺部而致病. 因此控制和治理柴油车碳烟颗粒物的污染是十分必要的.

在柴油机排气系统中安装过滤器收集碳烟颗粒并使其氧化燃烧为CO2, 是控制、减少柴油机尾气碳烟污染的最有效和经济的方法之一. 目前存在的问题是, 一般柴油机的排气温度为150~450℃, 且碳烟颗粒与催化剂的接触为松散接触, 而碳烟颗粒的热力氧化温度在550℃以上[1], 因此开发高活性的催化剂, 降低碳烟颗粒与催化剂松散接触时的燃烧温度是人们关注的焦点.

本研究采用柠檬酸络合法合成了纳米微粒LaMnO3钙钛矿催化剂, 考察了碱金属部分取代A位阳离子对催化剂氧化性能的影响, 发现碱金属部分取代LaMnO3钙钛矿中A位阳离子后, Mn基钙钛矿型氧化物催化剂的氧化能力大大提高.

Pt/SiO2催化剂中Pt担载量为1%(质量分数), 前驱体为H2PtCl4·6H2O, 制备方法见文献[2]. 1.2 催化剂表征

(ⅰ) X射线衍射分析. 使用日本岛津XRD- 6000型X射线衍射仪对各样品进行X射线衍射分析, 以确定ABO3结构的形成, 实验条件为: Cu Kα辐射, 管压40 kV, 管电流30 mA, 扫描角度15°~70°, 扫描速度8°/min.

(ⅱ) 红外光谱分析. 采用天美公司FTS-3000傅里叶红外光谱仪(美国Digilab公司生产), 样品与KBr混合压片, 扫描范围6000~400 cm?1, 分辨率2 cm?1.

(ⅲ) 扫描电子显微镜和BET比表面积测定. 采用日本日立公司S-5200和S-4300扫描电子显微镜观测催化剂形貌. 催化剂的BET特征比表面积在美国麦克公司ASAP 2010分析仪上测定. 1.3 催化剂活性评价

采用常压固定床微型反应器实验室装置, 评价合成的催化剂在消除柴油机汽车尾气中碳颗粒的氧化活性. 反应器采用内径6 mm的石英管, 自动控温仪控制程序升温反应, 升温速度为2℃/min. 实验选用Degussa公司生产碳黑模拟柴油机尾气中的碳颗粒. 称取100 mg催化剂与碳颗粒的混合样品, 填充于反应管的恒温段. 催化剂与碳颗粒混合比为10︰1, 用样品勺混合均匀, 为松散接触. 按要求预先配制反应气体, 气体组成为: NO, 2000 μL/L; O2, 5%(体积分数), 其余为He, 气体流量为200 mL/min. 反应后的

1 实验

1.1 催化剂制备

按化学计量比称取一定量的La, Mn和碱金属(Li, Na, K, Rb)的硝酸盐溶于适量的去离子水中, 并与一定量的柠檬酸络合剂水溶液混合, 加热蒸干水分得到催化剂的前驱体, 然后, 在800℃焙烧6 h进行固相反应, 得到La1?xMxMnO3钙钛矿型复合氧化物催化剂.