含二氧化铈高性能低贵金属Pt-Rh型三效催化剂的研究

高性能低贵金属Pt-Rh型三效催化剂的研究

本文对汽车尾气三效催化剂中的两种关键性载体材料之一的铈基储氧材料的制备及性能进行了深入地研究。在制备出高性能的以氧化铈为基体的含铈复合氧化物的基础上，系统地对低贵会属含量的Pt．Rh型三效催化剂的组成、制备方法、贵金属含量以及助剂的作用与催化荆性能的关系进行了研究。同时研究了催化剂的温度特性、空燃比特性和抗老化性能，并对部分样品进行了水气变换和蒸汽重整的反应性能研究。研制出了高性能低贵金属含量的Pt—Rh型三效催化剂。
本文用共沉淀法制备了一系列的含铈复合氧化物，通过BET和OSC的测定表明所制备的含铈复合氧化物具有大的比表面积、合理的孔径分布、较大的孔容、优良的储氧性能和抗老化性能；对含铈复合氧化物进行了TPR、TPD表征，结果表明含铈复合氧化物的还原能力与铈含量呈对应关系而氧的吸附能力与钟含量没有对应的关系。将所制各的含铈复合氧化物用作低贵会属三效催化剂载体，结果发现具有高比表面积、较大孔容、合理孔径分布、高储氧性能和高热稳定性的低铈复合氧化物为载体的催化剂具有优良的低温活性和高温抗老化性能。
本文以La稳定的A1203和含铈复合氧化物为载体材料制备了系列低贵会属含星的Pt．Rh型三效催化剂。性能研究表明贵金属含量为O．70∥L的三效催化剂具有优异的温度特性、空燃比特性及抗老化性能，具有重要的科学意义和实用价值。催化剂的水气变换和蒸汽重整性能测定表明，催化剂具有优异的水气变换性能，在280℃左右即可进行完全；而蒸汽重整则在250℃左右即可发生，但转化率在450℃以下一直保持20％左右，表明对催化剂的三效窗口的贡献主要来自水气变换反应。BaO的加入对水气变换和蒸汽重整有明显地促进作用，有利于催化剂三效窗口的扩大。H2．TPR和0_2-TPD结果表明催化剂的H2还原温度越低，02的吸附能力越强，其活性越好。
关键词：低贵金属：三效催化剂；含铈复合氧化物：三效活性

汽车在运行过程中，发动机排气中含有的有害成分有：一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫(S02)、碳烟、醛类以及一些致癌物质等，不但严重污染大气，恶化环境，而且直接威胁人们的身体健康。经大量研究表明，CO和INOx中的NO从呼吸道进入人体血液后，由于COW'NO与血液中的血红蛋白亲合力均tL02强，使血红蛋白失去携带氧的功能，从而产生缺氧而损害人的中枢神经系统，造成头昏、头痛、生理不适、疲劳等症状，严重时可引起死亡。烯烃类化合物与NOx产生的二次光化学污染物对眼睛和呼吸系统有明显的刺激作用。碳氢化合物(Hc)包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化产物。如果人体内吸入较多的未燃烃，会破坏人体的造血机能， 造成贫血，神经衰弱，并会降低肺对传染病的抵抗力。而其中最为严重的光化学烟雾是由碳氢化合物和氮氧化物在太阳光中紫外线的作用下，发生光化学和热化学反应后，产生的以臭氧为主的氧化剂及颗粒物混合物。在世界环境污染八大公害事件中，这类烟雾事件便占了5起，最有代表性的是美国洛杉矾光化学烟雾事件Ⅲ。1955年9月的几天里，严重的汽车尾气污染再加上气温偏高，洛杉矶光化学烟雾的浓度非常高，导致了几千人受害，两天之内就有400多名65岁以上老人死亡。据《中国环境报》报道，2005年3月28同和29同，广西南宁也出现光化学烟雾。研究表明，受汽车污染危害最严重的是大城市，并且40％以上的NOx，80％以上的CO和70％以上的HC来自汽车尾气污染。

汽车排放法规的实施，需要采用相应的控制技术。汽车尾气净化技术就是随着汽车尾气排放法规的同益严格而逐渐发展起来的技术。我国目前在汽车尾气净化领域与世界先进水平存在巨大差距，而且还必须在短时问内缩小这种差距，这给我国汽车尾气净化催化技术带来巨大的挑战。随着人们环保意识的增强，法规和标准的日益严格，汽车尾气净化技术将得到更为广泛和深入地研究，特别是iJn,J，H,ta欧洲标准近年柬都对碳氢(HC)和氮氧化物(NOx)的排放有更加严格的限制，引起汽车尾气净化催化剂的又一个研究热潮。

前，汽车尾气净化普遍采用两段式催化剂f4’J，即将密偶催化剂(CCC)和三效催化剂(TWC)分别作为上游催化剂和下游催化剂，以达到更加严格的排放标准。其中三效催化剂所使用的活性组分是Pt、Pd、Rh等贵金属，但它们的储量有限而使用量日增，使贵金属的价格昂贵，从而使催化剂的成本居高不下。如何降低催化剂的成本成为催化剂研究的目标之一，因此研究高性能低贵金属含量的三效催化剂仍具有较大的社会意义和经济效益。

4结论
1．用浸渍法制备的La稳定的耐高温高比表面积A1203载体材料，具有较大的比表面积，优越的抗高温烧结性能，较大的孔容和合理的孔径分布。用共沉淀法制各的在Ce02．Zr02固溶体中掺杂Y、La、Ba、sr中的--+ee或两种的含铈复合氧化物，具有比表面积大、热稳定性好、储氧量高的特点。
2．以高性能的耐高温高比表面积的La稳定的A1203和含铈复合氧化物为载体，制备的高性能低贵金属的Pt—Rh型三效催化剂，表现出优良的三效活性和抗老化性能，在贵会属含量为O．709／L时，对CO、C3H8、NOx新鲜时的起燃温度分别可以降低到170。C、2204C、190℃，经过1000℃水热老化5小时后的起燃温度为200℃、265℃、230℃，优于文献报道结果。在贵金属含量为O．50∥L时，对CO、C3H8、NOx新鲜时的起燃温度175℃、245℃、238℃，老化后的起燃温度分别在220℃、315℃、282℃，对开发低贵金属的三效催化剂仍具有重要的意义。
3．通过提高载体材料的性能和改进催化剂的制备技术，使低贵金属三效催化剂的性能得到了较大地提高。
4．含铈复合氧化物的还原性能与铈含量呈对应的关系，而与催化剂的活性没有对应关系；含铈复合氧化物的吸氧情况与钸含量没有对应关系，但与催化剂的活性呈对应关系，并且吸氧能力越强则对应的催化剂的活性越好。
5． 含铈复合氧化物能促进催化剂的水气变换和蒸汽重整以及氧化反应，而加入BaO后则能增强这些反应，从而有利于催化剂工作窗口的扩大，并且BaO与Ce02一Zr02以共沉淀方式形成Ce02一Zr02一BaO固溶体，更利于催化剂性能的提高。

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