PDF《与三效催化性能1》

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paper.edu.cn -1- 中国科技论文在线 La0.8Ba0.2Ni0.6M0.4O3 系列钙钛矿型复合氧化物的制备 与三效催化性能1 郭锡坤

1 ,史作辉

1 ,陈耀文

2 1.汕头大学化学系,广东汕头(515063) 2.汕头大学中心实验室,广东汕头(515063) E-mail:[email protected] 摘要:采用柠檬酸溶胶凝胶法制备了一系列 La0.8Ba0.2Ni0.6M0.4O3 (M=Co,Mn,Cu,Al, Fe)钙钛矿型复合氧化物,借助扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)等分析方法 研究了该系列催化剂活性与结构的关系.实验结果表明,经750 ℃焙烧制得的复合氧化物 La0.8Ba0.2Ni0.6Co0.4O3 具有良好的三效催化性能,NO、CO 和C3H6 的起燃温度都较低,分别 为300 ℃、198 ℃和325 ℃;

在贫燃条件下,NO、CO 和C3H6 的转化率分别高达 99.1 %、 98.5 %和90.4 %. 关键词:溶胶-凝胶法;

三效催化剂;

LaNiO3;

钡;

钴 中图分类号:O643

0 引言 随着燃煤工业(例如燃煤发电)的发展和汽车保有量的增加,排放的氮氧化合物(NO 占90 %以上)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物日趋严重.这三类气体不仅污染环境影响人 类正常生活,也会直接危害人体健康.因此,研制一种能够同时有效消除上述三类有害气体 的三效催化剂(three way catalyst),成为许多环境和化学工作者的研究热点之一[1-5] .目前, 已经得到使用的三效催化剂基本 上都是采用贵金属做为活性组分,虽然催化性能较好,但贵金属蕴藏量少、价格昂贵, 难以普遍推广.

20 世纪

70 年代初,Libby[6-7] 对含稀土和钴的钙钛矿型氧化物进行了系统研究,认为以 钙钛矿结构的氧化物代替贵金属, 有可能用于净化汽车尾气的催化剂. 而后 Voorhoeve 等[8-9] 对稀土钙钛矿型结构进行了深入的研究.稀土钙钛矿型复合氧化物的化学通式可表示为 ABO3,结构如下图所示:A 通常是镧系元素,位于立方体的中心,与12 个O配位;

B 是离 子半径比 A 小的金属元素,位于立方体的顶角,与6个O配位. 图1ABO3 的结构 Fig.1 Structure of ABO3

1 本课题得到广东省科技计划项目(2006B36702003)和国家自然科学基金(60971075)的资助. http://www.paper.edu.cn -2- 中国科技论文在线 这一结构具有可以控制氧空穴及其含量、 氧在晶格中的活动性等特点, 从而有利于提高 催化剂的氧化还原性能, 并且热稳定性好. 所以, 稀土钙钛矿型催化剂的研制受到高度重视. 从已由的文献报道可以看到,稀土钙钛矿型催化剂能使 CO 和碳氢化合物的转化率较高,但 普遍存在起燃温度太高和 NO 转化率太低的问题.针对这两个问题,本文作者曾经考察了对 LaNiO3(A 位为 La、B 位为 Ni)催化剂的 A 位掺杂 Ba 的情况,发现以 La:Ba=0.8:0.2 的比 例掺杂的 La0.8Ba0.2NiO3 催化剂活性较好. 本文进一步探索对 La0.8Ba0.2NiO3 钙钛矿型催化剂的 B 位(Ni 所在的位置)掺杂其它组 分及配比,研制 La0.8Ba0.2Ni0.6M0.4O3 (M=Co,Mn,Cu,Al,Fe)系列催化剂,获得性能更好 的La0.8Ba0.2Ni0.6Co0.4O3 催化剂,能够更有效地使 NO、CO 和碳氢化合物转化为无害气体.

1 实验 1.1 催化剂的制备 称取一定物质的量比的 La、Ba、Ni、M(M=Co,Mn,Cu,Al,Fe)的硝酸盐(分析纯) 与定量的柠檬酸,用二次去离子水充分溶解后,置于

75 ℃水浴中搅拌,直到溶液变成粘稠 的溶胶,继续搅拌至形成湿凝胶.将湿凝胶取出放到恒温烘箱中进行干燥,温度控制在

150 ℃,得到干凝胶;

然后在马弗炉中对干凝胶进行焙烧,冷却至室温后,对其研磨、筛分,即 得到具有一定粒度的掺杂改性的 La0.8Ba0.2Ni0.6M0.4O3 (M=Co,Mn,Cu,Al,Fe)钙钛矿型催 化剂. 1.2 催化剂的活性评价 催化剂的活性评价在微型固定床石英反应器装置中进行,模拟汽车尾气成分的配气? (CO)=1.0 %,? (C3H6)=0.1 %,? (NO)=0.1 %,O2 可调,N2 为平衡气,空速为