《鈣鈦礦邊界遷移氧的調控及與三效催化性能的匹配創研》是依託北京化工大學，由張潤鐸擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦邊界遷移氧的調控及與三效催化性能的匹配創研
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張潤鐸
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目基於機動車尾氣污染尚未根本解決這一社會問題而申請，考慮利用我國豐富的稀土資源，開發低成本、高效ABO3鈣鈦礦基催化劑，脫除尾氣中的NO、CO、碳氫化物、環烷烴、芳烴等污染。嘗試高能球磨、介孔結構複合、火焰噴霧等方法來製備高比表面積、納米尺度的鈣鈦礦複合氧化物，並將邊界遷移氧的新思想引入到鈣鈦礦催化劑的研究體系中，通過製備方法的選擇，A（La,Ce,Sr）、B（Mn,Co,Fe,Ni,Cr,V）位骨架離子的匹配和Pd、Cu等的摻雜，來調控邊界遷移氧的含量。採用氧同位素交換技術，探尋邊界遷移氧物種的產生、遷移規律；藉助表面敏感手段，明確活性中心結構；利用原位紅外、程式升溫等技術，揭示反應機理；進而明確邊界遷移氧、活性中心結構、催化淨化效率三者間關係。最佳化出新型的汽車尾氣淨化催化劑，其尾氣淨化效能優於國際相關報導。
結題摘要
本課題創造性地探索出高能球磨、結構介孔化、苯甲醇合成等特色技術，為高比表面鈣鈦礦複合氧化物的製備奠定了基礎。其中，高能球磨技術是通過機械能輔助晶相形成，在室溫下獲得鈣鈦礦氧化物，已成為一種提高氧化物比表面積的普適技術；該技術還具有自動化程度高、生產規模化、操作成本低等特點，適合工業化生產。通過介孔硬模板納米澆鑄技術，合成了具有介孔特徵的鈣鈦礦氧化物；殘存矽基是保證介孔結構不坍塌的關鍵所在，但矽基的殘留也會影響相關催化性能。苯甲醇合成技術製備的鈣鈦礦氧化物晶粒小於15納米，該方法適用於其他小晶粒簡單和複合氧化物的合成。 “邊界遷移氧”新概念的提出為構-效關係的解析提供了新思路，而特色的氧同位素吸附交換技術創新性地用於“邊界遷移氧”的分析。基於18O2同位素研究，第一次提出了CO氧化過程是在表面吸附的分子氧以及表面晶格氧的共同參與下完成，該成果被Journal of Catalysis所報導。 課題組通過鈣鈦礦A、B位元素摻雜，還原劑考察，獲得鈣鈦礦組成-還原劑-脫硝活性的最佳化配伍。研究發現：B位較A位摻雜對三效性能改善更為有效，尤其是Cu、Pd離子的摻雜。CO作為還原劑效果理想；而碳氫化物的還原效率：丙烯＞甲烷＞環烷烴、苯＞壬烷。含氧有機物的還原效率通常優於碳氫化物，較低溫度下即可實現NO的還原，直鏈醇和長鏈醇更有利於NO的脫除。此外，鈣鈦礦氧化物的脫硝三效活性還可通過氧化物負載來調變，CeO2負載可顯著提高LaMnO3的低溫脫硝活性，而TiO2負載可增強高溫下N2的選擇性。 反應機制的探索，有利於明確構-效關係，指導催化劑的改良設計。課題實施過程，藉助程式升溫和紅外光譜等表面敏感技術，推斷出LaFe1-x（Cu,Pd）xO3鈣鈦礦複合氧化物上進行丙烯催化還原NO遵循“含氮有機中間物種”機理，Cu離子摻雜有利於丙烯的活化，生成大量含氧有機物，導致LaFeO3脫硝活性的提高；而Pd離子摻雜有利於抑制惰性離子態硝酸鹽的形成，取得理想的低溫脫硝效果。相關機理研究成果，已被Environmental Science & Technology所報導。 本課題實施所取得的成果，為我國稀土資源的有效利用、稀土鈣鈦礦型三效機動車尾氣淨化催化劑的開發提供理論指導和實踐嘗試。
