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微孔/介孔分子筛基催化剂用于氨催化燃烧的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 NH3的来源

1.2 NH3的危害

1.3 NH3处理方法

1.4 NH3选择性催化氧化研究进展

1.4.1 贵金属催化剂

1.4.2 过渡金属催化剂

1.4.3 分子筛载体催化剂

1.5 氨选择性催化氧化机理

1.6 主要研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验仪器

2.3 催化剂的制备

2.3.1 介孔载体的制备

2.3.2 催化剂的制备

2.4 表征以及活性评价

2.4.1 传统的理化表征

2.4.2 氧同位素交换技术

2.4.3 催化剂活性评价

第三章 介孔分子筛载体催化剂的理化表征和活性评价结果分析

3.1 介孔分子筛载体催化剂的XRD与BET表征结果

3.1.1 介孔分子筛载体催化剂的XRD表征结果

3.1.2 介孔分子筛载体催化剂的BET表征结果

3.2 H2-TPR表征结果

3.3 XPS表征结果

3.4 活性评价结果

3.4.1 不同Cu负载量负载于SBA-15

3.4.2 不同金属负载于SBA-15

3.4.3 Cu负载于不同介孔载体上

3.5 小结

第四章 利用氧同位素交换技术研究介孔分子筛载体催化剂表面氧迁移能力

4.1 不同金属间的比较

4.2 不同载体间的比较

4.3 小结

第五章 微孔分子筛载体催化剂的理化表征与活性评价结果分析

5.1 微孔分子筛载体催化剂的XRD与BET表征结果

5.1.1 微孔分子筛载体催化剂的XRD表征结果

5.1.2 微孔分子筛载体催化剂的BET表征结果

5.2 H2-TPR表征结果

5.2.1 催化剂(Co,Ca,Fe,Mn,Ni)/ZSM-5的H2-TPR表征结果

5.2.2 不同微孔分子筛载体催化剂的H2-TPR表征结果

5.2.3 Cu/ZSM-5催化剂不同Si/Al的H2-TPR表征结果

5.3 XPS表征结果

5.3.1 不同微孔分子筛载体催化剂的XPS表征结果

5.3.2 Cu/ZSM-5不同Si/Al的XPS表征结果

5.4 活性评价结果

5.4.1 不同金属负载于ZSM-5的活性评价

5.4.2 Cu负载于不同微孔分子筛载体的活性评价

5.4.3 Cu/ZSM-5不同Si/Al的活性评价

5.5 小结

第六章 其他催化剂样品与Cu/ZSM-5的比较

6.1 Cu/ZSM-5与贵金属催化剂的比较

6.1.1 XRD与BET表征结果

6.1.2 H2-TPR表征结果

6.1.3 Cu/ZSM-5与贵金属催化剂的活性比较

6.2 Cu/ZSM-5与氧化物载体的比较

6.2.1 BET表征结果

6.2.2 H2-TPR表征结果

6.2.3 活性评价结果

6.3 Cu负载于SBA-15和ZSM-5的比较

6.4 小结

第七章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的论文

作者和导师简介

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摘要

作为大气污染物之一的NH3存在于很多化工生产(硝酸盐、含N肥料、石油炼制等)和生物排放、机动车尾气处理中的渗透中。目前处理NH3的方法有生物法、化学法和物理法。其中由于选择性催化氧化法(SCO-NH3)让NH3与O2反应生成无害的H2O和N2,反应效率高且用时短的优点,被认为是一种高效理想的NH3处理方法。通过前人们对NH3选择性催化氧化的研究发现,贵金属催化剂具有很高的活性,但N2选择性并不理想;虽然过渡金属氧化物的催化活性和N2选择性都很高,但反应所需的温度却很高;并且前人们大多数还是将催化活性组分负载于无规则孔道结构且比表面积较小的载体上,对于近年来出现的分子筛载体,由于其具有高比表面积、有序的孔径分布、多孔性和热稳定性等特点,能对催化活性起到很大的促进作用而成为了大家研究的热点。 基于以上调查本研究制备了一系列的介孔载体催化剂(Cu、Co、Fe、Mn、Ni)/SBA-15、Cu/(SBA-16、KIT-6),微孔载体催化剂(Cu、Co、Fe、Mn、Ni)/ZSM-5、Cu/(Beta、Y、FER、MOR、MCM-49)以及氧化物载体催化剂Cu/(SiO2、Al2O3)和贵金属催化剂(Ag、 Pt、Pd)/ZSM-5,将其应用于氨选择性催化氧化体系中,利用XRD、BET、H2-TPR、XPS等表征手段对其物化特性进行表征,并用氧同位素技术对介孔分子筛载体催化剂的氧迁移能力进行了比较。 实验表明在介孔分子筛载体中Cu/SBA-15的催化效果最好,微孔分子筛载体中Cu/ ZSM-5的催化效果最好;而Cu/ ZSM-5比氧化物载体催化剂和贵金属催化剂的催化效果都好。利用氧同位素交换技术将催化剂Co/SBA-15和Cu/SBA-15以及不同的介孔分子筛载体催化剂进行研究并比较,可以知道催化剂Co/SBA-15的表面氧原子迁移能力比Cu/SBA-15的强,而由于Cu原子与分子筛的作用使得其体相氧更加活泼,导致了其体相氧可以与气相氧进行交换。对于不同介孔分子筛载体催化剂来说,他们的表面氧迁移能力大小按以下顺序递减:Cu/SBA-15>Cu/SBA-16>Cu/KIT-6。而气相18O原子分数α gt按以下顺序减小:Cu/SBA-15>Cu/SBA-16≈Cu/KIT-6,与NH3的活性排列顺序相同。说明催化剂活性体相氧参与交换的程度有一定的关系:结构氧参与气相氧交换的数目越多其活性越好。结合以上结论可知对于氨选择性催化体系来说,Cu/ZSM-5以其高NH3转化率和高N2产率成为了最理想的催化剂。

著录项

  • 作者

    彭暾;

  • 作者单位

    北京化工大学;

  • 授予单位 北京化工大学;
  • 学科 化学工程与技术
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 张润铎;
  • 年度 2014
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    微孔; 介孔分子筛; 基催化剂;

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