论文部分内容阅读
我国的稀土资源非常丰富，如何利用这一优势来研制高活性的稀土催化剂，解决我国日益严重的尾气污染问题成为社会关注的课题。本文以La-Fe-O钙钛矿氧化物为研究体系，通过A位和B位的掺杂探索催化剂的催化效果及其催化柴油车尾气污染物特性。
首先，采用溶胶凝胶法，通过A位掺杂K元素，制备了LaFeO3、La0.8K0.2FeO3、La0.6K0.4FeO3催化剂，研究K的掺杂对催化剂结构、形貌、催化特性等方面的影响。研究发现，所得催化剂为多孔纳米结构，A位掺杂K元素没有改变催化剂的钙钛矿结构，K的掺杂造成了电价的不平衡，引起B位离子价态的升高(Fe4+)和氧空位的生成，使得催化剂的催化活性得到明显提高。其中La08K0.2FeO3催化剂具有较好的催化活性，在TG碳烟催化测试中T50为379℃，比无催化剂状态下的T50降低了179℃。通过溶液浸渍法在堇青石催化剂载体上涂覆La0.8K0.2FeO3催化剂，由台架实验可知，La0.8K0.2FeO3催化剂具有同时去除碳烟颗粒和NOx的能力。
通过溶胶凝胶法制备了一系列多孔纳米La0.8K0.2Fe1-xMnxO3(X=0-0.5)催化剂。A位掺杂K和B位掺杂Mn起到了相互促进的协同作用，进一步提升催化剂的催化活性。其中La0.2K0.8Fe0.7Mn0.3O3催化剂具有大通孔并带有裂隙状交联中孔的结构，其比表面(SBET)和平均孔径(Pav)都为最大，分别是26.5m2/g和20.2nm。La0.2K0.8Fe0.7Mn0.3O3催化剂对碳烟颗粒具有很好的催化效果，其T50为366℃。在台架实验中，较La0.8K0.2FeO3催化剂，La0.2K0.8Fe0.7Mn0.3O3催化剂同时去除碳烟颗粒和NOx的能力得到了提高，特别是对NOx的催化净化能力，在400℃时，NOx的转化率达到16.60％。
研究了微量贵金属Pt在B位掺杂对催化剂性能的影响，采用溶胶凝胶法制备了多孔纳米Pt-钙钛矿催化剂粉体。其中La0.8K0.2Fe0.67Mn0.3Pt0.03O3催化剂与La0.2K0.8Fe0.7Mn0.3O3催化剂表面结构类似，具有大通孔并带有裂隙状交联中孔的结构，比表面(SBET)为26.4m2/g、平均孔径（Pav）为18.0nm，总孔容（Vtotal）为0.119mL/g。贵金属的掺杂有利于催化剂的低温活性，但掺杂量不宜过多，掺杂量适中的La0.8K0.2Fe0.67Mn0.3Pt0.03O3对碳烟颗粒的催化性能最理想。台架实验中，La0.8K0.2Fe0.67Mn0.3Pt0.03O3催化剂在200℃～400℃的范围内对碳烟的催化效果与La0.2K0.8Fe0.7Mn0.3O3催化剂相当，但对NOx的催化能力显著提高，NOx的最高转化率达到了21.20％。
分析总结La0.8K0.2FeO3、La0.8K0.2Fe0.7MnO3和La0.8K0.2Fe0.67Mn0.3Pt0.03O3的台架实验，可以得出影响去除碳烟能力的关键是催化剂的表面特征，影响催化剂去除NOx能力的关键是B位离子的活性。在催化剂同时去除碳烟颗粒和NOx实验的基础上，提出了捕集-氧化-还原的反应机理。