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CO低温催化氧化过程不仅在CO2激光器、CO探测器、防毒面具、汽车尾气净化、封闭体系(飞机、潜艇、宇宙飞船等)中微量CO的消除以及燃料电池等方面具有广阔的应用前景,而且由于反应体系简单,常作为探针反应用于多相催化理论研究。负载贵金属催化剂是最有效的CO低温氧化催化剂,其中本课题组研制的Pd/CeO2-TiO2催化剂具有优良的催化性能,但所采用的超临界干燥法由于操作条件苛刻、费用高,应用受到限制,本工作以普通干燥法替代超临界干燥法制备了一系列CeO2-TiO2复合氧化物及Pd/CeO2-TiO2催化剂,并系统考察了其催化CO低温氧化性能。主要研究内容和结论如下:
(1)以普通干燥法替代超临界干燥法制备了一系列CeO2-TiO2复合氧化物,并对其物理化学性质进行了表征,发现溶胶-凝胶-普通干燥法同样可以制备出比表面积较大的CeO2-TiO2复合氧化物,并可作为催化剂载体。
(2)CeO2-TiO2复合氧化物本身对CO氧化具有一定的催化作用,但活性不及相同条件下制备的纯TiO2和CeO2,而负载Pd后,Pd/CeO2-TiO2催化剂活性却高于Pd/CeO2和Pd/TiO2。Ce/Ti摩尔比对Pd/CeO2-TiO2催化性能有一定的影响,适当的还原预处理也可有效提高催化剂的活性。
(3)在许多实际应用过程中要求催化剂在H2O、CO2、H2等存在条件下仍具有良好的CO低温氧化性能。为此考察了不同环境气氛(H2O、CO2、H2)对Pd/CeO2-TiO2催化CO低温氧化性能影响。结果表明,H2O对Pd/CeO2-TiO2催化CO氧化有促进作用;CO2对Pd/CeO2-TiO2催化CO氧化的影响较复杂,与温度和反应气中CO2含量有关;当H2O和CO2共存时,H2O的促进作用占主导;Pd/CeO2-TiO2催化剂对富氢气氛中CO选择氧化活性和选择性均较低。
(4)借助在线红外漫反射光谱和程序升温技术对H2O、CO2在反应过程中可能起的作用进行了分析。结果表明,H2O的促进作用可能源于H2O间接参与了催化反应过程,对表面-OH起到了补充作用,亦可与CO发生反应生成CO2,从而促进CO低温氧化反应。此外,H2O还能促进CO的吸附并抑制催化剂表面碳酸盐的累积。CO2的作用可能与三个因素有关:CO2的解离吸附、碳酸盐的累积以及随着反应温度升高催化剂作用机理的改变。
(5)初步考察了CeO2-TiO2复合氧化物负载其它贵金属催化剂(Pt、Ag、Au)催化CO氧化性能,各催化剂均有一定的催化CO低温氧化活性,其中以Au/CeO2-TiO2性能最佳,值得进一步研究。