海泡石纤维纸催化剂的制备及其碳烟催化燃烧性能研究

作     者：栾昌义 

作者单位：石家庄铁道大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于刚;郭朝阳

授予年度：2018年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：海泡石纤维 纸型催化剂 无机粘结剂 活性组分 碳烟催化燃烧 

摘      要：碳烟颗粒物(PM)在较低温度下的催化氧化消除是当前解决大气复合污染问题所面临的重要挑战。相比传统的蜂窝状催化剂,纸型催化剂具有比重小、孔隙率高和气体扩散性能好的优点,在碳烟消除方面具有十分诱人的应用前景。海泡石纤维是一种廉价的链式层状硅酸盐矿物,具有极强的吸附能力和离子交换性能。本文首次采用海泡石纤维为基体纤维构筑海泡石纤维纸催化剂用于碳烟消除,研究了制备工艺和活性组分对催化剂结构和碳烟催化氧化活性的影响。以酸化海泡石纤维为基体,配合使用少量莫来石纤维,聚乙烯醇为有机粘结剂,六偏磷酸钠为分散剂,研究了不同无机粘结剂(铈溶胶、铝溶胶、锆溶胶、水玻璃)对海泡石纤维纸催化剂结构和催化活性的影响。发现使用水玻璃和铈溶胶做为无机粘结剂时纤维表面均产生了球状体,我们认为这样有利于提高催化剂与碳烟的接触程度。而采用锆溶胶和铝溶胶作为无机粘结剂时,基体纤维之间出现结块状物质,而这不利于碳烟与催化剂的充分接触,降低海泡石纤维纸催化剂的催化活性。水玻璃作为无机粘结剂时具有最好的催化活性,T为398℃,T为345℃,T为398℃,T为420℃;碳烟催化氧化活性的顺序为:SFP-SiSFP-CeSFP-ZrSFP-Al。选择莫来石纤维作为配合纤维,通过调整纸型催化剂载体中海泡石纤维与莫来石纤维的配比,制备KNO负载的海泡石纤维纸催化剂,我们发现随着莫来石纤维用量的提高(00%),力学强度得到改善;孔隙率呈先增加后降低趋势,莫来石纤维的用量在20%时孔隙率最高为97.89%;海泡石纤维与莫来石纤维采用不同配比,负载KNO活性组分中,纸型催化剂对碳烟催化氧化的活性顺序为:SFP-1SFP-5SFP-2SFP-4SFP-3。随着莫来石纤维用量的增加,催化活性呈先降低后增高的趋势。海泡石纤维占比90%时具有较好的催化活性和力学性质。在海泡石纤维纸载体上负载了重量分数为10%的KNO和CeO、FeO、Ce-Fe、Ce-Fe-K活性组分,发现负载不同活性组分的海泡石纤维纸催化剂碳烟催化燃烧活性顺序为:KNOCe-Fe-KCeOFeOCeO-FeO。KNO被认为可以有效的增加表面流动性,改善催化剂与碳烟颗粒物的接触,有助于碳烟及活性组分在纸型催化剂内部的转移。经与碳黑混合研磨后,负载CeO-FeO-KNO活性组分的海泡石纤维纸催化剂催化活性明显提高,T为378℃。