铜铁矿型催化剂对柴油机尾气中颗粒物和氮氧化物同时去除的研究

作     者：俞华良 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁坚

授予年度：2013年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：柴油机 颗粒物 氮氧化物 催化 同时去除 铜铁矿 

摘      要：柴油发动机因其燃油经济性好、可靠性高、动力大、寿命长等优点而得到广泛的应用，但是柴油机尾气中的颗粒物(PM)和氮氧化物(NO)却会对人类的健康和生存环境造成严重的危害。由于PM和NO在柴油机内生成的机理存在trade-off关系，很难通过传统技术手段将两者同时去除。因此，为了满足日益严格的排放要求，柴油机尾气后处理技术成为当前的研究热点。 本文对铜铁矿型催化剂同时催化去除柴油机排放的颗粒物(PM)和氮氧化物(NO)展开了实验研究。在模拟柴油机排气环境中，采用程序升温技术，以碳黑模拟柴油机尾气中的PM，以铜铁矿型复合金属氧化物作为催化剂，考察了催化剂对于PM和NO的同时催化去除效果。主要工作如下： 1.采用高温固相法进行了铜铁矿型金属氧化物KFeO、KAlO催化剂的制备，对其同时催化去除PM和NO的性能进行了实验研究。考察了制备温度对于催化剂晶型以及催化活性的影响。研究结果表明，KFeO、KAlO催化剂都具有同时去除PM和NO的效果。800℃下制备得到的KFeO、KAlO催化剂都具有最低的起燃温度，900℃下制备得到的KFeO催化剂和1000℃下制备得到的KAlO催化剂分别具有最高的最大NO向N转化效率。但是，催化剂的抗水性较弱，难以满足实际应用的要求。 2.采用高温固相法和溶液燃烧法制备了铜铁矿型金属氧化物LiCrO、LiCoO作为催化剂，进行了同时催化去除PM和NO的实验研究。考察了制备方法和制备温度对于催化剂晶型以及催化活性的影响。研究结果表明，LiCrO和LiCoO催化剂都具有同时催化去除PM和NO的效果。采用溶液燃烧法制备得到的催化剂样品与高温固相法制备所得相比，具有更好的催化性能。催化剂制备温度变化对催化性能的影响，呈现出与KFeO、KAlO催化剂相同的规律。较低的制备温度，有助于减小催化剂的比表面积，增大催化剂与碳黑的接触，降低碳黑的起燃温度;适当的制备温度，有助于增加催化剂的结晶度，提高催化剂使NO向N的转化效率。同时，LiCrO、LiCoO催化剂具有较强的抗水性，能够满足实际应用的要求。 3.对600℃下溶液燃烧法制备的LiCoO催化剂(起燃温度、最大燃烧温度、最大NO向N转化效率分别为290℃、356℃、30.8%)，进行贵金属Ag和碱金属K的负载，进一步提高催化剂催化去除PM和NO的能力。催化剂负载Ag以后，起燃温度会有明显的降低，但是对于NO向N转化效率没有明显的改进效果。随着Ag负载量的增加，起燃温度逐渐上升，过量的Ag负载反而不利于催化剂催化性能的提升。其中，负载2.5%质量比Ag的LiCoO催化剂具有最低的起燃温度，为250℃。催化剂负载K以后，对于PM和NO的催化性能都有明显的提升，其中催化效果最佳的是，负载10%质量比K的LiCoO催化剂，起燃温度、最大燃烧温度、最大NO向N转化效率分别为246℃、308℃、35.9%。