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Ag/Al2O3是催化碳氢化合物选择性还原NOx反应最具催化活性的材料之一,但缺点是在其选择性催化还原NOx的过程中会产生大量副产物CO。目前,解决该问题最现实的方法是使用氧化催化剂对Ag/Al2O3选择性催化还原NOx反应的尾气进行后处理。研究表明,该氧化催化剂必须具备适中的氧化活性才能达到既消除副产物,又不影响Ag/Al2O3选择性催化还原NOx活性的目的。
本论文首先通过对一系列催化剂样品的活性评价,发现Cu/Al2O3具有适中的氧化活性,因此我们选用Cu/Al2O3与Ag/Al2O3联用来消除副产物。
以不同方式将Ag/Al2O3和Cu/Al2O3组成复合催化剂,并对其选择性催化还原NOx和消除副产物的活性进行了考察,发现将Cu/Al2O3加在Ag/Al2O3后组成的复合催化剂最佳。该复合催化剂既能保持与Ag/Al2O3相当的催化丙烯、乙醇选择性还原NOx活性,也能够有效消除Ag/Al2O3选择性催化还原NOx反应过程中产生的副产物CO,同时还能够大大降低乙醇为还原剂时尾气中未燃乙醇和乙醛的浓度。
制备了Ag/Al2O3和Cu/Al2O3整体催化剂,并进行了实际操作条件下的柴油机台架实验。结果表明,Ag/Al2O3整体催化剂具有较高的去除柴油机尾气中NOx的能力,但在高效利用乙醇还原柴油机尾气中NOx的同时,也会生成大量副产物CO,而且添加乙醇也会导致THC排放的大幅增加。通过使用Ag+Cu复合整体催化剂—乙醇组合体系,并对乙醇添加策略进行优化后,在欧Ⅲ标准的十三工况条件下,柴油车尾气排放的NOx、THC和CO排放都满足了欧Ⅲ排放标准。
本论文同时对室温催化氧化甲醛进行了研究。首先对Cu/Al2O3室温催化氧化甲醛进行了考察,发现在室温条件下Cu/Al2O3并没有催化完全氧化甲醛的活性,但仍具有很强的去除甲醛的能力。TPD、原位红外实验以及理论计算研究证实,吸附在Cu/Al2O3上的甲醛会完全被氧化为表面甲酸盐物种,当Cu/Al2O3完全被甲酸盐物种所覆盖后,将失去去除甲醛的能力。通过程序升温脱附过程对失活催化剂进行处理,表面甲酸盐物种将分解为无害的CO2和H2O从催化剂表面脱附出来,同时Cu/Al2O3获得再生而可以重新利用。另外,尽管负载金属Cu对载体Al2O3的去除甲醛能力并没有明显的促进作用,但却能大大降低吸附物种在载体Al2O3上的分解脱附温度。
在上述研究的基础上,成功的开发出具有极佳催化完全氧化甲醛反应活性的Pt/TiO2催化剂。该催化剂室温下就能完全催化氧化甲醛为无害的H2O和CO2。XRD和HRTEM表征结果表明,贵金属Pt在载体TiO2获得了超高分散,Pt的粒径低于1nm,这是Pt/TiO2具有极佳催化完全氧化HCHO反应活性的重要原因。通过原位红外实验发现,甲酸盐吸附物种和CO吸附物种是室温下Pt/TiO2催化完全氧化甲醛反应过程中两个重要的中间体,而且甲酸盐物种向CO吸附物种的转化反应是整个反应的速控步骤。