《類水滑石複合氧化物對柴油車尾氣的四效催化淨化機制》是依託濟南大學，由王仲鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：類水滑石複合氧化物對柴油車尾氣的四效催化淨化機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王仲鵬
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對柴油車碳煙(PM)和氮氧化物(NOx)機內淨化存在矛盾關係的難題，利用新型納米複合材料-類水滑石化合物(HTLCs)的特殊層結構、組成及性能的可控性，製備高活性的多孔複合氧化物，使PM-NOx-HC-CO在同一催化床層上互為氧化還原反應而同時去除。項目著力通過HTLCs中M(II)和M(III)的同晶取代調變催化劑的氧化還原性、酸鹼性及孔結構等性質，以形成氧化還原協同作用和酸鹼協同作用，從內因(活性組元)和外因(催化劑與PM的接觸)兩方面提高催化劑的活性。本項目立足於材料組成最佳化、活性提高和微觀反應機理探索；主要研究金屬取代對PM催化燃燒和NOx還原性能的影響及它們之間的相互作用；建立起催化劑表面組成、體相結構、氧化還原性和酸鹼性等與活性的關聯；通過反應中間物種的原位研究，結合巨觀反應動力學，揭示污染物同時去除的四效協調作用機制，為設計新一代高效柴油車四效催化劑提供科學依據。
結題摘要
柴油車排放的主要污染物是碳煙顆粒（Soot Particulate）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）和碳氫化合物（HC），是造成我國灰霾天氣頻發的重要污染物來源，開發適應我國國情的尾氣後處理技術-四效催化劑具有重要的研究價值和社會意義。本項目以結構開放的類水滑石納米複合材料為前驅物，通過過渡金屬同晶取代（CuMgAlO和尖晶石型CoMnAlO催化劑）、稀土金屬改性（CuMgAlLaO和CuMgAlCeO催化劑）、鹼金屬/貴金屬負載（K/MgAlO、Pd/MgAlO和 Pd-K/MgAlO催化劑）等手段獲得了活性組分高分散的系列複合氧化物多孔材料，形成了氧化還原協同和酸鹼協同作用，實現了催化活性的調變。模擬排氣氣氛，系統考察了催化劑對碳煙燃燒、NOx存儲還原、碳煙和NOx同時消除、CO和HC氧化等柴油車尾氣四效催化淨化效果。四種污染物可在催化作用下互為氧化還原劑實現同時去除，碳煙燃燒起燃溫度可降至240-300℃，NOx最大去除率為50-60%左右，CO催化氧化的起燃溫度約為100℃左右，C3H6氧化的的起燃溫度約為200-250℃左右。深入研究了催化劑的晶相結構、形貌特徵、孔結構、氧化還原性、酸鹼性等微觀特性，建立了其與催化活性之間的內在關聯的規律性。運用原位表征手段和程式升溫技術確認了碳煙燃燒和NOx去除的反應中間物種（主要為羧基功能團、亞硝酸鹽和烯酮物種等），主要利用原位吸附-反應-原位透射紅外裝置，在程式升溫過程中催化劑和碳煙混合物自撐片上碳煙不斷消耗而使透光性得以改善，進而獲得了不同條件下碳煙燃燒反應中間物種的紅外光譜，這一關鍵技術解決了碳煙黑色固體紅外信號弱的難題，對於解釋污染物催化作用機理起到了支撐作用；結合巨觀反應動力學，發現了污染物同時去除過程中存在“氧溢流”和“氧化還原”的兩種催化作用機制。
