乙醇燃料尾气多种污染物净化催化剂及其催化机理研究

乙醇燃料已成为我国石油替代燃料的重要部分，乙醇燃料推广和使用也达到较大的规模。然而，乙醇燃料尾气的净化是一个必须解决的问题。目前乙醇燃料尾气净化催化剂研究，主要是对乙醇或乙醛的完全氧化催化剂研究，关于乙醇燃料尾气多种污染物同时净化催化剂研究尚未见报道。为此，本项目以研究"能够同时脱除乙醇燃料尾气中多种污染物催化剂及其催化原理"为目标，通过合理的催化剂设计，在分子水平上建立催化剂的组成、结构与反应性能的关系。并利用原位FTIR和XPS技术， NH3-TPD和高温XRD等技术，研究CH3CHO+NO+O2标准反应体系在催化剂表面的反应机理，活性位的本质等科学问题，特别是揭示多反应体系在催化剂表面协同催化反应规律，这对发展多相催化反应理论具有重大意义，同时，也为进一步设计高效醇类燃料尾气净化处理催化剂提供科学依据。

由于我国石油资源的短缺，醇类作为替代燃料或者部分替代燃料已成为能源领域重要课题。醇类含氧燃料与传统燃料相比可以使一些污染物有所减少，然而，含氧燃料尾气中产生较多的含氧有机污染物。这些污染物对大气造成严重污染。因此，本项目以同时脱除乙醇燃料尾气中乙醇、乙醛和NOx等污染物为研究目标，研究了V-Pd/γ-Al2O3-TiO2催化剂，用Ce元素改性Pd/γ-Al2O3-TiO2催化剂，同时研究催化剂的结构和催化反应规律，得到如下初步研究结论：. 复合氧化物γ-Al2O3-TiO2能够结合氧化铝和氧化钛各自的优点，改变晶体缺陷及储氧能力，在γ-Al2O3-TiO2复合氧化物中形成新的Ti-O-Al结构。在单钯催化剂中添加V组分对Pd/γ-Al2O3-TiO2催化剂的活性和选择性有很大提高，该催化剂对乙醇、乙醛、和NOx等醇类燃料尾气中的多种污染物具有良好的同时脱除效果。结构研究发现，加入适量的钒（约1%），催化剂表面V4+ 物种占主导地位。在形成V4+物种的同时，还促进了Pd组分以PdO的形式存在。结合XPS和活性评价结果，可以推测，V4+物种和PdO是V-Pd/γ-Al2O3-TiO2催化剂表面对氧化乙醇和乙醛、以及还原NOx活性物种。. 用适量的Ce改性Pd/γ-Al2O3-TiO2催化剂，明显提高了催化剂上乙醇、乙醛等完全氧化成CO2的选择性，而且有利于催化剂的稳定性。这可能是由于适量的Ce添加，提供较多的氧空位，增加了催化剂表面Pd2+物种的含量，同时促进PdO物种在催化剂表面达到最大程度分散。. 在TiO2中添加少量的Al2O3后锐钛矿结构的稳定性明显提高，阻止了高温下锐钛矿TiO2向金红石结构的转变。当少量的Al2O3添加到TiO2晶体中，Al原子可能进入TiO2晶格空隙或占据O2-空位，提高了TiO2载体的储氧能力，增大了Ti4+和O2-的体积扩散阻力，形成了特定的Al-O-Ti化学键，对锐钛矿结构TiO2起到了明显的稳定作用，延迟了高温下TiO2载体由锐钛矿转变为金红石结构的相转变温度。Al2O3的加入减弱了PdO物种与TiO2载体的强相互作用，增加了复合载体的比表面积，有效促进Al2O3-TiO2复合载体上活性组分Pd分散度。这些结构特征对提高催化剂的活性有重要的作用。