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Pd-Cu-Clx/Al2O3催化剂对CO氧化的稳定性

         
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摘要

CO催化氧化广泛应用于空气净化、机动车尾气治理和CO气体传感器中.在CO氧化催化剂设计与制备过程中,催化剂与使用环境密切相关.例如工业和机动车尾气净化需要在高温(200–600°C)下进行,而对于半密闭空间(隧道或者地下停车场)空气净化需要在室温和高相对湿度下进行.频繁冷启动导致半密闭空间CO浓度累积而超过排放控制标准,因此制备室温、高相对湿度下CO氧化催化剂是面临的重要问题之一.负载型Wacker催化剂对于CO低温催化氧化的研究一直受到广泛关注.环境中少量水的存在会促进负载型Wacker催化剂对CO的低温氧化性能,但随着水沉积量的增加,活性位点将被覆盖,并且Pd和Cu活性组分之间的紧密结构被破坏,从而导致催化剂的失活,即催化剂的稳定性变差.因此,为了提高催化剂在高相对湿度下的稳定性,利用二乙氧基二甲基硅烷对Al2O3载体进行硅烷化处理,以增加载体的疏水性,考察载体疏水改性对CO低温氧化过程中催化剂稳定性的影响.催化剂的稳定性测试结果表明,在0°C,100%相对湿度条件下,未改性催化剂在约20 h内CO转化率由81%下降到50%;载体硅烷化后制备的催化剂在反应进行150 h后,CO转化率仍保持在78%,即反应活性未见降低.由此表明催化剂载体经有机硅烷改性后,可显著增强催化剂在低温、高相对湿度下的稳定性.N2吸附/脱附和水吸附实验结果表明,载体硅烷化改性并未对催化剂的比表面积产生影响,但显著降低了催化剂上水沉积速度和沉积量,未改性催化剂的初始吸水速度是改性后催化剂的4倍,但改性后催化剂的饱和吸水率仅占未改性催化剂的1/3.X射线衍射结果表明,载体预处理后活性物种Cu2(OH)3Cl晶粒尺寸有所增加.氢气程序升温还原、X射线光电子能谱结果表明,载体硅烷化预处理改善了催化剂中Cu和Pd物种的化学分布及接触状态,增加了与Pd物种紧密接触的Cu物种的量,从而促进了Cu物种的还原.与此同时,载体硅烷化显著降低了催化剂表面Cl离子的浓度,从而影响到对CO吸附.为了进一步研究水与催化剂稳定性之间的关系,采用原位红外漫反射(In situ DRIFT)对催化剂进行表征.负载型Wacker催化剂对CO氧化反应机理为:Pd是CO氧化反应的活性中心,通过Pd和Cu物种之间的氧化还原循环来实现CO氧化,且Pd+比Pd2+具有更高的CO氧化性能.反应气氛中水的存在,有利于CO在Pd+上氧化、以及金属态Pd被Cu2+物种再氧化的过程,同时水也显著促进了催化剂表面碳酸盐的生成以及抑制了活性物种Pd+生成.与表面碳酸盐累积相比,水对于活性物种Pd+生成的抑制作用是导致催化剂活性降低的主要原因.

著录项

  • 来源
    《催化学报》 |2018年第9期|1560-1567|共8页
  • 作者

    王丽; 路小清; 王维; 詹望成; 郭杨龙; 郭耘;

  • 作者单位

    华东理工大学大学化学与分子工程学院,工业催化研究所,上海200237;

    华东理工大学大学化学与分子工程学院,工业催化研究所,上海200237;

    华东理工大学大学化学与分子工程学院,工业催化研究所,上海200237;

    华东理工大学大学化学与分子工程学院,工业催化研究所,上海200237;

    华东理工大学大学化学与分子工程学院,工业催化研究所,上海200237;

    华东理工大学大学化学与分子工程学院,工业催化研究所,上海200237;

  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 chi
  • 中图分类
  • 关键词

    一氧化碳氧化; 稳定性; 湿度; 疏水性; 负载型Wacker催化剂;

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