挥发性长链烃类低温催化氧化

There are both security and environmental pollution problems for fuel steam from the mobile bank. The catalytic oxidation reduction at low temperature of fuel steam presents effective conversion and high selectivity without second pollution, and thus become the most economical and reliable method. This project will study catalytic oxidations of C9~C12 fuel steam at different fuel/oxygen at stoichiometricratio at low temperature over Ceria-based catalysts, their reaction kinetics and reaction mechanics through in-situ experiments and theoretical researches with the background of developing Green on-Board Inert Gas Generating system. On these studies, ceria based transition metal composite oxide with controllable structure, morphology and surface active sites will be prepared. The rules of electronic interaction between 4f band of Ce atoms of ceria particles without continuous energy (quantum effect) and d band of transition metal (electronic effect) will be outlined. A variety of active sites combinations and the synergy of high performance catalytic oxidation system will be optimized, where the oxidation of long chain hydrocarbons and steam reforming can be combined, and thus the polymerization and carbonation at low temperature for intermediates produced during the oxidation of long chain hydrocarbons will be greatly inhibited. Finally, the oxidation mechanism of long chain hydrocarbons over nano-ceria based catalysts will be proposed. If this project is successful, it will provide a new route of fuel security and environmental pollution controlling for fuel steam from the mobile bank.

移动油箱中燃油蒸汽的挥发存在极大的安全问题和环境污染问题，其催化氧化惰化以低温转化和高选择性不造成二次污染而成为最经济、最可靠的方法。本项目以开发飞机油箱催化惰化系统中氧与燃油蒸汽的催化消除高效催化剂为背景，在不同氧/燃料计量比条件下，以典型油品燃料C9－C11蒸汽低温催化氧化为模型反应，藉原位实验和理论研究相结合，开展在纳米氧化铈基催化剂上氧化反应机理与动力学研究；依此为据，合成结构、形貌和表面活性中心结构可控的纳米氧化铈基过渡金属复合氧化物；研究能量不连续的氧化铈颗粒表面（量子效应）的铈原子的4f带与过渡金属d带电子发生作用（电子效应）的规律，优化出多种活性中心结合、协同作用的高性能催化氧化体系，将长链烃类氧化和水蒸气转化一体化，抑制长链烃类低温氧化分解中间物种的聚合、结碳，提出在纳米氧化铈基催化剂上长链烃类低温氧化机制。本申请课题的研究成功，为我国在飞机燃油安全和环境污染控制提供新途

本项目以开发飞机油箱催化惰化系统中氧与燃油蒸汽的催化消除高效催化剂为背景，以典型油品燃料C9~C12蒸汽在不同氧/燃料计量比的条件下，低温催化氧化反应为模型反应，开展在纳米氧化铈基催化剂上的氧化反应的反应机理与动力学研究，藉原位实验和理论研究的结合理清了在不同氧/燃料计量比对C9~C12蒸汽低温氧化机理和动力学过程的影响；依此为据，合成结构、形貌和表面活性中心结构可控的纳米氧化铈基复合氧化物催化材料；优化出多种活性中心结合、协同作用的高性能催化氧化体系，通过长链烃类在羟基上吸附和氧化，抑制长链烃类氧化分解中间物种的聚合、结碳，采用原位研究手段提出在纳米氧化铈基催化剂上长链烃类低温氧化机制。. 在项目执行期间，分别采用水热、水热-自组装法等多种方法，制备不同形貌、暴露特定晶面的纳米氧化铈；采用多种掺杂方法在纳米氧化铈表面复合过渡金属氧化物和贵金属如Pt、Pd、Ru，研究制备条件与组成、晶相、形貌、元素价态等关系。以长链烃类C8.9H17.8为燃油蒸汽，完全燃烧反应时（C8.9H17.8 + 54/4 O2 → 36/4 CO2 + 36/4 H2O）的燃烧热为46.4 MJ/Kg。在所研制的铈基Ru和Pt催化剂上，在反应温度为170 oC，10000碳氢浓度，氧浓度为5%-21%，空速为20000-50000小时-1，理论耗氧率达90%以上。在上述条件下进行1000小时稳定性试验，催化剂的活性和选择性保持不变。. 在项目执行期间，将所研制的颗粒状催化剂涂覆于金属蜂窝状载体（直径8cm×长10cm）上制成工业应用催化剂，以40 oC的油箱蒸汽为模拟气体（平均碳链长度为C9.2H18.3），C-H浓度约为40000 ppm （约4000 ppm C9.2H18.3），氧浓度为21%，经单次反应后耗氧量为55200 ppm （5.52%），转化C-H为0.71公斤，放热量为32.45 MJ。经两次循环氧浓度可降低至安全区域。