柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制备方案课件

1、柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 1 化工研究创新实验 “柴油车尾气净化催化剂制备、性能测试及表征” 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 2 机动车尾气对环境的危害 伴随汽车的诞生与化石能源 的大量使用，汽车尾气排放成为 人类社会急需解决的公害问题。 尾气超过一半的碳烟颗粒物吸入 后都会留在人体内，碳氢化合物、 氮氧化合物、铅及硫氧化合物都 会对人体呼吸道造成损伤。在直 接危害人体健康的同时，还会对 人类生活的环境产生深远影响。 尾气中的二氧化硫具有强烈的刺 激气味，达到一定浓度时容易导 致“酸雨”的发生，造成土壤和 水源酸化，影响农作物和森林的 生长。 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体

2、制 备方案 3 汽车尾气中含有上百种不同的化合物， 其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、 二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及 硫氧化合物等。柴油车辆的尾气包含有气态 的、液态的和固态的污染物。气态污染物中 含有CO2、CO、NOx、SO2、碳氢化合物、氧化 物、有机氮和含硫混合物。液态污染物中含 有H2SO4、碳氢化合物、氧化物等。固态污染 物由干烟灰、金属、无机氧化物、硫酸盐和 固态碳氢化合物组成。 车辆燃料的主要成份是碳氢化合物,有时 有少量含氧添加剂。完全燃烧应产生CO2和 H2O，燃烧不完全就产生CO、未燃碳氢化合物 及微(颗)粒等。燃烧时空气过量、温度过高 将产生NOx。燃烧中

3、的硫,经燃烧生成含SO2和 硫酸的排放物,造成酸雨污染。CO2无毒但产 生温室效应。约有2%的燃烧产物是有毒的。 尾气中的有害物质以及它们的形成机理 有害成分有害成分 （除（除COCO2 2以外）以外） 质量占比质量占比 硫氧化物SOx20.76% 氮氧化物NOx35.4% 一氧化碳CO35.3% 碳氧化合物HC8.54% 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 4 目前国内外主要采用的处理方法及各自的优缺点 国内外主要采用的处理方法为催化法 和滤烟器法， 1,催化法 能转化氮氧化合物及硫氧化合物，但 成本较高且寿命较短； 2,滤烟器法 能截留碳烟颗粒物且成本较低，但无 法转化氮氧化合物及硫氧

4、化合物。 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 5 固体催化剂的主要制备方法及其影响因素 浸渍法，将含有活性组分（或连同助催化剂组分） 的液态（或气态）物质浸载在固态载体表面上。 沉淀法，用沉淀剂将可溶性的催化剂组分转化为 难溶或不溶化合物，经分离、洗涤、干燥、煅烧、 成型或还原等工序，制得成品催化剂。影响沉淀 效果的因素有溶液浓度、金属盐类的配比、反应 环境pH值、陈化温度、焙烧温度、老化温度等。 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 6 共沉淀法,将催化剂所需的两个或两个以上的组分同 时沉淀的一种方法。共沉淀法制备的贵金属催化剂 具有较好的分散性、更大的比表面积，工艺简单、 条件易于控

5、制，原料价廉易得，所得固溶体粒度均 匀，制备成本较低，便于工业化生产，因而该方法 得到了广泛的研究与应用。 均匀沉淀法,首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混 合，造成一个十分均匀的体系，然后调节温度，逐 渐提高pH值，或在体系中逐渐生成沉淀剂等，创造 形成沉淀的条件，使沉淀缓慢地进行，以制取颗粒 十分均匀而比较纯净的固体。 超均匀沉淀法,以缓冲剂将两种反应物暂时隔开，然 后迅速混合，在瞬间内使整个体系在各处同时形成 一个均匀的过饱和溶液，可使沉淀颗粒大小一致， 组分分布均匀。 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 7 浸渍沉淀法,在浸渍法的基础上辅以均匀沉淀法， 即在浸渍液中预先配入沉淀剂母体

6、，待浸渍操作 完成后加热升温，使待沉淀组分沉积在载体表面 上。 机械混合法，多组分催化剂在压片、挤条等成型 之前，一般都要经历这一步骤。 热熔融法，借高温条件将催化剂的各个组分熔合 成为均匀分布的混合体、氧化物固体溶液或合金 固体溶液，以制取特殊性能的催化剂。熔炼温度、 环境气氛、冷却速度或退火温度对产品质量都有 影响。 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 8 共沉淀法的影响因素 1.浓度因素 获得什么形状的沉淀取决于形成沉淀过程中，晶核生成 速率和晶核长大速率的相对大小。 溶液浓度提高，过饱和度增加则有利于晶核生成；浓度 适当稀，使晶核生成速率降低，有利于晶核长大。 2.温度因素 降低温

7、度使过饱和度增大，有利于晶核生成；升高温度 使过饱和度下降，降低晶核生成速率，有利于晶核长大。 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 9 3.溶液pH值的影响 沉淀物的结晶形状会受溶液pH值变化的影响，为保证沉 淀颗粒的均一性，应控制沉淀过程的pH值相对稳定。 4.加料顺序的影响 顺加法有发生先后沉淀的可能；逆加法的沉淀过程pH值 处于变动状态；并加法能平衡前两者的优缺点。 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 10 实验方案初步确定 本次研究性实验采用共沉淀法制备铈锆 固溶体催化剂，采用顺加法，沉淀pH值定为 9。 以共沉淀法的影响因素：金属盐配比、 前驱液浓度、陈化温度作为实验自变量，

8、制 作相应的正交实验表 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 11 液相反应方程式 xCe(OH)4+(1-x)Zr(OH)4+xH2O xCe(OH)4(1- x)Zr(OH)4xH2O 固相反应方程式 xCe(OH)4(1-x)Zr(OH)4xH2O CexZr(1-x)O2 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 12 实验仪器及药品 实验仪器： 常规的玻璃仪器，pH试纸，电子天平，干燥箱，马弗炉， 水浴锅，布氏漏斗， 比表面积测定仪（BET）、 X射线粉末衍射仪（XRD）、 多功能吸附仪（TPR）、 WJ6微反/积反多功能催化反应评价装置（含气相色谱 仪）。 实验药品： 氨水、硝酸锆

9、、硝酸铈、双氧水、去离子水。 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 13 正交实验表 序号序号 铈锆摩尔比铈锆摩尔比 （Ce:Zr)=Ce:Zr)= （x:(1-x)x:(1-x) 前驱液浓度前驱液浓度 mol/Lmol/L 陈化温度陈化温度实验结果实验结果 1 0.6:0.4 0.160 20.0870 30.0680 4 0.7:0.3 0.170 50.0880 60.0660 7 0.8:0.2 0.180 80.0860 90.0670 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 14 实验步骤 1，将硝酸铈与硝酸锆分别按计量比（x:(1-x)溶于定量的去离子水 中，配成一定浓度的前驱

10、体盐溶液；按Ce：H2O2=2:1(摩尔比）将 双氧水加入上述前驱体盐溶液 2，在剧烈搅拌下，将氨水缓慢滴加到铈锆硝酸盐混合液中至pH值达 到9停止滴加，继续搅拌30min； 3，停止搅拌后，将铈锆前驱体在一定温度的水浴锅里放置陈化12h； 4，将得到的沉淀物进行真空抽滤、用去离子水充分洗涤干净； 5，将得到的滤饼放置烘箱在空气中100干燥12h得到黄色粉体； 6，将粉体置于马弗炉在空气中500焙烧5h，得到新鲜载体； 7，新鲜载体在空气中1100焙烧5h，得到老化样品CexZr1-xO2。 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 15 表征 1，BET表征 利用比表面积测试仪测 定催化剂样品

11、的比表面 积（催化剂的比表面积 可以反映其吸附性能强 弱） 2，H2-TPR表征 利用多功能吸附仪测定 复合氧化物的特征还原 温度（通过此法可以研 究金属组分之间的相互 作用，即复合条件使单 一氧化物还原温度更高） 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 16 3，催化反应活性评价 使用WJ6微反/积反多功能催化反应评价装 置，采用催化色谱法（燃后气体二氧化碳 浓度正相关于燃烧速率）。 对样品与模拟碳黑混合物颗粒测定其起燃温 度和最大燃烧速率时的温度。 起燃温度低 催化活性好 最大燃烧速率时的温度越低 催化剂催化 燃烧颗粒物的速率越高 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 17 X射线是原子内层电子在高速运 动电子的轰击下跃迁而产生的 光辐射，入射X射线被样品粒子 作用产生散射波，由于大量粒 子散射波的叠加，互相干涉而 产生最大强度的光束称为X射线 的衍射线。 满足衍射条件，可应用布拉格 公式： 2dsin=n d为晶面间距。 在根据布拉格衍射方程，实际 工作中，应用已知波长的X射线 来照射晶体试样，测量角， 从而计算出晶面间距d，从而进 行X射线结构分析。 4，XRV表征 柴油尾气净化催化剂铈锆固溶体制 备方案 18 实验在日本理学公司生产 的Rigaku DMaxIIIB 型X射线粉末衍射仪上进 行。使用CuKa射线，管电 流为40mA