论文部分内容阅读
本文采用改进的溶胶-凝胶制备方法,合成了系列取代型镧锰钙钛矿催化剂,并使用实验室催化活性评价系统及XRD、BET、SEM、FT-IR、XPS、O2-TPD、OSC、H2-TPR、NO-TPD、in situ DRIFTS等先进的理化特性表征手段,研究了取代金属、取代位置及取代量对催化剂理化特性和催化活性的影响规律,构建了取代型催化剂催化碳烟氧化反应的微观机理,筛选出性能优良的催化剂。此外,还采用发动机台架试验评价了真实发动机排气条件下筛选后催化剂对柴油机颗粒物的净化性能,并进一步验证了取代型钙钛矿催化剂的活性演化规律及催化反应机理。本文的研究成果对今后进一步降低柴油机微粒排放,满足日益严格的排放法规,具有重要的理论意义和潜在的实际价值。本文得到的主要结论如下:（1）与传统溶胶-凝胶法制备的LaMnO3钙钛矿催化剂相比,本文提出的改进型溶胶-凝胶法制备的LaMnO3钙钛矿催化剂具有更高的比表面积、更小的晶粒尺寸以及更好的碳烟氧化反应催化活性。（2）对于A位Ce取代催化剂,La0.8Ce0.2MnO3催化剂能够保持钙钛矿晶形结构不变,该样品的晶体尺寸较小,结构蓬松,比表面积最大,具有最强的还原性能;空气气氛下,La0.8Ce0.2MnO3催化剂的Tm比LaMnO3催化剂降低了36℃。（3）B位离子Mn3+被Bi元素部分取代后抑制了钙钛矿晶粒的生长,提高了催化剂的比表面积;增加了催化剂表面吸附氧的数量并提高了吸附氧的移动性,表面氧空穴对NO也具有较强的吸附和活化作用;提高了催化剂的氧化还原性能。LaMn0.7Bi0.3O3催化剂表现出最好的催化活性,在空气气氛下,T10、Tm和T90分别为319、394和425℃,碳烟催化氧化反应的活化能为87.3kJ/mol。（4）系列A、B位同时取代催化剂中,La0.8Ce0.2Mn0.7Bi0.3O3催化剂表现出最佳的碳烟氧化反应催化活性,在空气气氛下,T10、Tm和T90分别为314、375和393℃。此外,La0.8Ce0.2Mn0.7Bi0.3O3催化剂同时按照氧化还原机理和溢流机理催化氧化碳烟,在松接触条件下也能对碳烟氧化反应表现出较强的催化性能。在NOx气氛下,La0.8Ce0.2Mn0.7Bi0.3O3催化剂可以实现NOx和soot的同时脱除。（5）涂敷La0.8Ce0.2Mn0.7Bi0.3O3催化剂的POC在发动机台架上的研究结果表明,POC与DOC联用后对HC和CO的去除效率都能达到90%以上;在高速满负荷下POC20对PM的去除效率为89.8%,其中对PM的氧化效率为38.7%,对PM中SOF和干碳烟组分的去除效率分别为98.0%和92.9%。2510 r/min下,POC20对PM的去除效率随着负荷的增加先升高后下降,在75%负荷下达到最高（94.2%）;中等负荷下,POC20对大粒径微粒的捕集氧化作用较为明显,在高负荷下能同时实现大小粒径颗粒物的消除。此外,排气流经POC后,NOx的浓度会有一定程度的降低,说明POC20可以实现碳烟和NOx的同时脱除。