Nd改性MnOx-CeO2碳煙燃燒催化劑的性能研究.pdf

1、柴油機(jī)的排放量低、動(dòng)力性以及經(jīng)濟(jì)性好，因而被廣泛應(yīng)用于汽車中，但柴油車尾氣碳煙顆粒(PM)給人類的生存環(huán)境和身體健康造成了嚴(yán)重的威脅，治理PM已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。柴油車尾氣過濾器和低溫高活性催化劑的結(jié)合是目前有效消除 PM的方法。盡管貴金屬催化劑的活性好，但其價(jià)格昂貴、日益短缺，因而限制了其廣泛使用。開發(fā)替代貴金屬催化劑的廉價(jià)、高性能的碳煙燃燒催化劑成為研究熱點(diǎn)。MnOx的氧化還原能力強(qiáng)且價(jià)格低廉、環(huán)境友好，且CeO2具有優(yōu)良的氧儲(chǔ)存

2、性能，在催化領(lǐng)域中MnOx-CeO2復(fù)合氧化物已得到了大量研究者的青睞。本文主要對(duì)MnOx-CeO2和Nd摻雜的MnOx-CeO2碳煙燃燒催化劑的制備、表征等方面進(jìn)行了研究。
　　本文首先通過改變MMA單體的量和機(jī)械攪拌速率嘗試制備不同的PMMA微球，其次考察了催化劑制備方法、Mn含量和Nd摻雜對(duì)MnOx-CeO2催化劑性能的影響。對(duì)催化劑進(jìn)行了 XRD、BET、O2-TPD、Raman、XPS、H2-TPR和 FESEM表征并測(cè)

3、試了其催化碳煙燃燒的活性。為考察 MnOx-CeO2和 Nd摻雜的MnOx-CeO2催化劑的熱老化性能，將新鮮催化劑在800℃下熱處理12h后得到了老化催化劑，并對(duì)其進(jìn)行了XRD、BET和H2-TPR表征以及評(píng)價(jià)了其催化碳煙燃燒的活性。
　　模板法制備的催化劑的 SEM結(jié)果顯示所合成的催化劑擁有長(zhǎng)程有序的結(jié)構(gòu)，大孔形狀規(guī)整、平均孔徑和孔壁厚均一、大孔通過小窗口相互聯(lián)通。根據(jù)SEM圖片可知大孔的孔徑大約為160 nm、大孔之間的小窗

4、口的尺寸在60 nm左右，孔壁厚大約為20 nm左右。引入P123形成的介孔均勻分布在大孔的孔壁上。大孔和介孔的邊緣以及大孔的孔壁相比于無孔顆粒暴露了更多的電子給體中心，提供更多的電子給吸附氧使其轉(zhuǎn)化為活性氧，從而降低了碳煙燃燒的溫度。由于碳煙顆粒的直徑一般在25 nm，碳煙顆粒可以進(jìn)入到3DOM催化劑的內(nèi)部，從而增大了碳煙與活性位點(diǎn)的接觸機(jī)率，進(jìn)而促進(jìn)碳煙燃燒。
　　對(duì)不同Mn含量的MnOx-CeO2或Nd摻雜的MnOx-CeO

5、2催化劑的研究表明：Mn的摩爾比分別小于0.4和0.5的3DOM和傳統(tǒng)催化劑以固溶體存在；而當(dāng)Mn含量繼續(xù)增加，3DOM和傳統(tǒng)催化劑出現(xiàn)聚合態(tài) MnOx。催化劑的比表面積、氧空位濃度、表面吸附氧濃度和Mn4+含量都隨著Mn含量的增加先增加后下降，故催化劑的活性也先增強(qiáng)后減弱。模板法制備的催化劑比共沉淀制備的催化劑的氧空位和表面吸附氧更多，氧化還原能力和脫附氧能力更強(qiáng)，故前者的催化活性比后者更好。
　　對(duì) MnOx-CeO2和 Nd

6、摻雜的 MnOx-CeO2催化劑的研究表明：Nd摻雜的Mn-O-Ce固溶體與 Mn-O-Ce相比擁有更多的氧空位、更高的表面吸附氧濃度和Mn4+含量、更強(qiáng)的氧化還原能力，這正是Nd摻雜的催化劑的碳煙催化燃燒活性更好的原因。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)Nd摻雜到MnOx-CeO2中增強(qiáng)了催化劑的熱老化性能。Nd引入 MnOx-CeO2中在一定程度上阻止了固溶體嚴(yán)重?zé)Y(jié)和相分離以及在老化處理后維持了部分低溫氧化還原能力，阻礙了催化劑的嚴(yán)重失活。在合成的催化