柴油机尾气碳烟氧化催化剂的制备与催化性能研究

Diesel engines are more popular due to the relatively high thermal efficiency and fuel economy than gasoline engines. Diesel engine emissions have led to serious environmental problems especially their carbon particles content. The small size of diesel soot particles may be linked to a number of health problems by its ability to penetrate the body through the respiratory system. A series of CsNO3-rare earth metal nitrate catalysts, CsNO3-Sr(NO3)2-Co3O4, CsNO3-KNO3-Ce(NO3) 3•6H2O, CsNO3-NH4NO3-Co3O4, RbNO3-NH4NO3-Co3O4, CsNO3-Zr(NO3)4•5H2O-Ce(NO3) 3•6H2O, RbNO3- Zr(NO3)4•5H2O-Ce(NO3) 3•6H2O, RbNO3-Ce(NO3) 3•6H2O-Co3O4, will be prepared by grind milling method and sol-gel method for diesel soot oxidation. The soot onset ignition temperature will be tested by thermogravimetry- differential thermal analysis (TG-DTA). The catalytic activity of catalysts for soot combustion will be comparatively evaluated by soot onset ignition temperature and soot oxidation rate, and thereby, the ratio of catalysts with the best catalytic activity will be found. The effect of contact mode between catalysts and soot on catalytic activity will be investigated. In addition, the relationship between the structure of the catalysts and their catalytic activity will be studied, and the catalytic mechanism will be explored. The successful conduct of this project will provide a theoretical principle for the application of catalysts for cleaning-up diesel exhaust.

柴油机因其循环热效率高、燃油经济性好而日益受到重视。然而柴油机排放物造成的环境污染问题也日益突出。柴油机的主要排放物碳烟，不仅对视觉和嗅觉有不良的影响，而且碳烟上常常粘附SO2及致癌物质，对任何生物都有害。本课题采用研磨混合法和溶胶凝胶法制备硝酸铯-稀土金属硝酸盐、硝酸铯-硝酸锶-四氧化三钴、硝酸铯-硝酸钾-硝酸铈、硝酸铯-偏钒酸氨-四氧化三钴、硝酸铷-偏钒酸氨-四氧化三钴、硝酸铯-硝酸锆-硝酸铈、硝酸铷-硝酸锆-硝酸铈、硝酸铷-硝酸铈-四氧化三钴等系列碳烟氧化催化剂。利用TG-DTA测定碳烟的起始燃烧温度，利用碳烟的起始燃烧温度和碳烟氧化速率来评定催化剂的催化活性，获得各系列催化剂中催化活性最高的比例组成。研究催化剂与碳烟之间的接触模式对催化剂催化活性的影响，以及催化剂的组成结构与催化活性之间的关系并探索其催化机理，为柴油车尾气净化催化剂的应用研究提供理论基础。

柴油机因其循环热效率高、燃油经济性好而日益受到重视。然而柴油机排放物造成的环境污染问题也日益突出。柴油机的主要排放物碳烟，不仅对视觉和嗅觉有不良的影响，而且碳烟上常常粘附SO2及致癌物质，对任何生物都有害。本项目采用研磨混合法和溶胶凝胶法制备了不同成分的催化剂，对其催化活性进行了测试，探索了接触模式对催化剂催化活性的影响，并研究了催化剂的组成结构与催化活性之间的关系。. （1）紧密接触条件下，当Cs:Sr:Co=1:1:1时，碳烟起始燃烧温度最低To=339.1℃，当Cs:Sr:Co=1:0.5:0.75时，在松散接触的情况下碳烟起始燃烧温度最低To=402.1℃。. （2）当Cs:V:Co=1: 0.5: 1时，碳烟氧化速率最快，为141.8℃，而且起始燃烧温度也最低，为274.2℃。. （3）Cs:Zr:Ce=1:0.5:0.75时，碳烟初始温度最低To=400.5℃，当Cs:Zr:Ce=1:0.5:0.25时，碳烟氧化速率最快△T=127.5℃；. （4）在所有制备的Rb-Ce-Zr催化剂中当Rb与Ce比例保持在1:0.75时，提高催化剂中Zr的含量可以明显提高失重量，即有利于提高碳烟氧化催化剂的活性。. （5）Cs:Pb=2:1的时候，碳烟起始燃烧温度最低为238.5℃，峰值温度为395℃，催化活性较高。.（6）Cs-稀土摩尔比为1:1时，在紧密接触模式下，这几种催化剂的起燃温度均在300-320℃之间。.（7）K-Cs-Ce催化剂中，碳烟起始燃烧温度最低为280.6℃，但碳烟氧化较慢，碳烟氧化速率为109.4℃；松散接触下，K-Cs-Ce催化剂的碳烟起始燃烧温度最低为351.3℃。 .（8）在紧密接触模式下，Rb:V:Co:Ce=3:1:2:1时，催化剂的催化活性最好，起始燃烧温度为298℃，峰值燃烧温度为385℃，从SEM图片中看出紧密接触模式下碳烟和催化剂混合比松散接触时更为均匀。XRD显示烧结后形成了RbVO3和复合氧化物（Rb2CeO3 、RbCoO2）的混合物质。它们协同作用催化碳的氧化过程，降低其燃烧温度。混合氧化物的相互作用有利于氧的活化和转移，促进氧空位的产生，从而提高氧的迁移率。.（9）同一比例的催化剂在紧密接触模式下催化剂的碳烟起始燃烧温度均比松散接触模式下低。