复合氧化物催化剂的合成及其在甲烷催化燃烧中的应用

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复合氧化物催化剂由于其独特的物理化学性质,越来越受到人们的关注。与贵金属氧化催化剂相比,复合氧化物催化剂不仅成本低廉,催化活性接近贵金属催化剂,且稳定性更高,是高温燃烧催化剂的重要材料,有望在将来部分取代贵金属燃烧催化剂。   本文以甲烷催化燃烧作为模型反应,(1)研究了制备方法和焙烧温度对LaMn0.8Mg0.2O3钙钛矿型催化材料的物化性能和催化性能的影响;(2)采用甘氨酸.硝酸盐法制备了LaMnO3催化剂,研究了稀土元素或过渡元素掺杂对其性能的影响;(3)研究了含铬复合氧化物和含钴复合氧化物的制备和对甲烷催化燃烧反应的催化性能。催化剂的结构和物化性能采用低温N2吸附、XRD、FT-IR、O2-TPD-MS、H2-TPR等进行表征,研究了催化剂的表面结构、氧化还原性能与催化活性之间的关系,得到了一些有意义的研究结果。   选择了甘氨酸-硝酸盐法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、燃烧法以及水热法制备钙钛矿型LaMn0.5Mg0.2O3复合氧化物,并将其置于不同温度下焙烧,考察其结构和对甲烷催化燃烧活性。结果表明:制备方法和焙烧温度对LaMn0.8Mg0.2O3复合氧化物的结构与催化性能有重要影响,以甘氨酸-硝酸盐法制备的LaMn0.8Mg0.2O3钙钛矿型复合氧化物经700℃焙烧过后的催化燃烧活性最好,甲烷转化率达到90%时的温度(T90)为513℃。   用甘氨酸-硝酸盐法制备了分别对其A位和B位掺杂入稀土元素(Ce)或过渡金属元素(Cu或Ni)的LaMnO3钙钛矿复合氧化物,经结构和催化性能的测试后发现,掺杂元素的种类和掺杂量对催化剂的表面性能、可还原性以及表面氧物种的影响较大。结果表明,对催化剂的掺杂量存在一个适宜值,当掺杂量过高时不但不能提高其催化活性,反而使活性下降。当Ce、Cu和Ni的加入量为0.05时,掺杂后的LaMnO3催化剂具有最优的催化活性。   分别采用葡萄糖溶胶-凝胶法制备铬镁复合氧化物和共沉淀法制备了钴镁复合氧化物,考察不同Cr(Co)/Mg摩尔比例、焙烧温度对Cr-Mg-O复合氧化物催化剂的结构、还原性能和甲烷催化燃烧活性的影响。结果表明,当Cr/Mg=2,经600℃焙烧后可得到尖晶石型MgCr2O4复合氧化物,是一种高效的甲烷催化燃烧催化剂,甲烷转化率达到90%时的温度(T90)为458℃;当Co的加入量为Co/MgO的10%时,具有较大的比表面积和Co3O4在催化剂中高度分散,提高了对甲烷燃烧的催化活性,甲烷转化率达到90%时的反应温度(T90)为503℃。
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