稀土助剂对甲烷催化燃烧整体式催化剂反应性能的影响

【摘要】：随着化石能源的日益枯竭,如何实现能源的高效利用越来越受到人们的关注。我国煤炭资源丰富,煤矿开采伴生的瓦斯产量巨大,为保证煤矿安全生产,大量的瓦斯被以风排瓦斯的形式排放到大气中,造成能源浪费和环境污染。为降低风排瓦斯的大气排放量,遵行节能减排的宗旨,最终实现瓦斯的零大气排放,通过催化氧化反应技术对煤矿风排瓦斯进行环境友好的高效利用是缓解能源和环境问题的重要举措和最好的方法之一。 本文将采用堇青石蜂窝陶瓷体做催化剂惰性骨架基体(Cord),由拟薄水铝石通过溶胶-凝胶法制备铝溶胶,通过浸渍操作将制备的铝溶胶涂覆到堇青石表面,于550℃焙烧4h后得到γ-Al2O/Cord载体,浸渍活性组分Pd并再次于550℃焙烧后得到甲烷催化燃烧常用的Pd基整体式催化剂Pd/γ-Al2O3/Cord,并通过Pd与稀土元素(La和Ce,记为RE)的不同浸渍顺序和溶胶法得到稀土改性的Pd基催化剂Pd/RE/γ-Al2O3/Cord、 RE/Pd/γ-Al2O3/Cord、Pd(RE)/y-Al2O3/Cord和Pd/γ-Al2O(RE)/Cord。对CH4体积分数为0.4%的空气混合气进行催化氧化试验,考察了稀土改性催化剂的催化活性和催化稳定性,并采用SEM、XRD和XPS等技术对催化剂进行了分析表征,研究了稀土助剂的添加对催化剂结构特征的影响。同时对BHG工业催化剂测评了其在1.0vol.%CH4含量空气混合反应气中的催化活性及稳定性。实验结果表明： 不同稀土助剂和引入方法改性得到催化剂的催化性能有所不同,溶胶法要优于浸渍法,稀土助剂元素La的改性效果要略优于Ce的改性。共浸渍法得到的催化剂Pd(RE)/Y-Al2O3/Cord和溶胶法得到的催化剂Pd/γ-A12O3(RE)/Cord催化活性优良,其中Pd与稀土共浸渍得到的Lam-2.0与Cem-1.0和溶胶法得到Las-1.0催化活性最好,在470-500℃即可达到完全转化温度T90。催化温度不变时,催化剂的催化活性随时间而降低,在高温(600℃)和富氧条件下的活化处理可通过加快Pd-PdO之间的转换过程,实现催化活性组分PdO和活性中心的再生,提高催化稳定性能。 【关键词】：La Ce Pd 甲烷 助剂 催化燃烧 整体式催化剂
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ426
【目录】：

• 学位论文数据集5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-18
• 第一章 绪论18-32
• 1.1 风排瓦斯的应用现状18-20
• 1.1.1 传统燃烧技术18-19
• 1.1.2 催化燃烧技术19-20
• 1.2 甲烷催化燃烧催化剂及机理20-24
• 1.2.1 非贵金属催化剂21-23
• 1.2.2 贵金属催化剂23-24
• 1.2.3 甲烷催化燃烧机理24
• 1.3 整体式催化剂24-27
• 1.3.1 整体式催化剂的基体24-26
• 1.3.2 整体式催化剂的涂层26
• 1.3.3 整体式催化剂的制备工艺26-27
• 1.4 Pd基贵金属催化剂27-29
• 1.4.1 Pd基贵金属催化剂的应用27-28
• 1.4.2 Pd基贵金属催化剂的不足和改进28-29
• 1.5 Pd基整体式催化剂的改性修饰29-30
• 1.6 本论文的研究意义和内容30-32
• 第二章 实验部分32-40
• 2.1 实验原料和设备32-33
• 2.2 整体式催化剂的制备33-36
• 2.2.1 堇青石基体的预处理33-34
• 2.2.2 铝溶胶的制备34-35
• 2.2.3 溶胶与Pd的涂覆和浸渍35
• 2.2.4 稀土助剂的引入35-36
• 2.3 整体式催化剂的活性评价36-38
• 2.3.1 实验评价条件36-37
• 2.3.2 催化剂评价方法37-38
• 2.4 整体式催化剂的表征38-39
• 2.4.1 SEM扫描38
• 2.4.2 XRD表征38-39
• 2.4.3 XPS分析39
• 2.5 整体式催化剂的催化稳定性39-40
• 第三章 Pd/γ-Al_2O_3/Cord催化剂的活性评价结果40-46
• 3.1 无助剂添加催化剂的催化性能40-42
• 3.1.1 催化剂的制备40
• 3.1.2 铝溶胶涂层对催化剂催化性能的影响40-42
• 3.2 催化剂的分析表征结果42-44
• 3.2.1 Pd/γ-Al_2O_3/Cord催化剂的SEM表征结果42-44
• 3.2.2 Pd/γ-Al_2O_3/Cord催化剂的XRD分析结果44
• 3.3 本章小结44-46
• 第四章 助剂的添加对Pd基整体式催化剂的影响46-74
• 4.1 助剂引入对催化剂结构与性能的影响46
• 4.2 助剂改性催化剂的表征分析结果46-59
• 4.2.1 助剂改性催化剂的SEM扫描结果47-49
• 4.2.2 助剂改性催化剂的XRD表征结果49-52
• 4.2.3 助剂改性催化剂的XPS分析结果52-59
• 4.3 不同方法添加La、Ce改性催化剂的催化性能59-69
• 4.3.1 Pd/RE/γ-Al_2O_3/Cord对催化剂催化性能的影响60-63
• 4.3.2 RE/Pd/γ-Al_2O_3/Cord对催化剂催化性能的影响63-65
• 4.3.3 Pd(RE)/γ-Al_2O_3/Cord对催化剂催化性能的影响65-67
• 4.3.4 Pd/γ-Al_2O_3(RE)/Cord对催化剂催化性能的影响67-69
• 4.4 催化剂在不同甲烷含量和反应空速的催化性能69-71
• 4.5 本章小结71-74
• 第五章 整体式催化剂的催化稳定性74-80
• 5.1 催化剂在CCM中的催化性能评价条件74-75
• 5.2 催化剂的催化活性及催化稳定性75-79
• 5.3 本章小结79-80
• 第六章 结论80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-90
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文90-92
• 作者和导师简介92-93
• 附件93-94

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