Y2O3助剂对Co3O4结构及其催化N2O分解性能的影响

作     者：郑珂 

作者单位：山西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王永钊;赵永祥

授予年度：2019年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：Co3O4 Y2O3-Co3O4 N2O分解 相互作用 还原-氧化预处理 

摘      要：NO可用作助燃剂、火箭氧化剂和麻醉剂,曾长期被认为是一种对环境无害的气体。近年来,随着认识的不断深入,人们发现NO不仅会破坏臭氧层,且具有显著的温室效应,其温室效应潜能值分别为CO、CH的310倍和21倍。在《京都议定书》和《巴黎协定》等涉及温室气体限排文件规定的基础上,2016年国务院“十三五控制温室气体排放工作方案强调,进一步加大对NO等非CO温室气体控排力度。目前,大气中NO浓度正以每年0.2%.3%的速度上涨。因此,NO的控制排放和消除已成为各国需要共同面临的严峻问题。对于NO消除,将其直接催化分解为N和O是最高效的方法,其核心在于选择合适的催化剂。常见的NO分解催化剂包括贵金属、分子筛和金属氧化物,其中金属氧化物催化剂因其制备方法简单易行,组成结构易于调控,催化活性相对优异,且价格低廉,受到研究人员的青睐。作为最常用的尖晶石氧化物——CoO,通过对其进行掺杂碱金属(K,Na)、碱土金属(Ca,Mg)或过渡金属(Ti,Ni)改性等方式可明显提高其催化NO分解性能。YO具有较高的稳定性和适宜的碱性,常作为载体或助剂用于CO氧化和甲烷氧化等反应,并对催化体系产生促进作用。但目前为止,关于YO对CoO结构及催化NO分解性能影响的研究鲜有报道。本文分别以Co(NO)·6HO水溶液和YO硝酸溶液为钴源、钇源,采用沉淀法和共沉淀法制备了CoO和YO-CoO催化剂,以NO催化分解为模型反应,在连续流动微反应装置上考察了其催化NO分解性能。通过N-physisorption、XRD、TEM、Raman、FT-IR、H-TPR、XPS、O-TPD和CO-TPD等手段进行系统表征,探究了YO的添加对催化剂结构、织构和表面性质,及其催化NO分解活性的影响。在此基础上,对YO-CoO催化剂进行还原-氧化预处理,探讨了还原-氧化预处理对催化剂结构和催化性能的影响规律。得到的主要结论如下:***对CoO催化剂结构及其催化NO分解性能的影响当原料气组成为0.1%NO/Ar,GHSV为10000 h时,YO-CoO催化剂可在360℃时达到100%NO转化率,低于CoO的400℃。当原料气中引入2 vol%O或2.3 vol%HO后,YO-CoO的催化活性仍高于CoO。表征结果表明,在YO/CoO界面处Y和Co氧化物之间存在相互作用,致使YO-CoO的平均粒径减小,比表面积增大,表面碱性增强。同时,YO-CoO显示出更强的Co还原能力和表面氧物种的脱附能力,因而YO的添加使YO-CoO催化剂表现出更优异的NO催化分解活性。2.还原-氧化预处理对YO-CoO催化剂结构及其催化NO分解性能的影响当原料气组成为0.1%NO/Ar,GHSV为10000 h时,与YO-CoO相比,经还原-氧化预处理的YO-CoO-RO催化剂NO催化分解活性进一步提高,可在320℃时达到100%NO转化率,低于YO-CoO的360℃。当原料气中引入2 vol%O或2.3 vol%HO后,YO-CoO-RO仍表现出优于YO-CoO的催化活性。表征结果表明,还原-氧化预处理过程中催化剂发生结构重构,不仅导致催化剂结晶度降低,晶粒尺寸减小,尤其是削弱了Co-O键,增强了催化剂表面的氧脱附能力,因而使得其催化NO分解性能提高。