介孔LaCoO3催化剂的硬模板法合成及性能研究

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21世纪以来,随着经济的迅速发展,环境污染也日益严重。汽车尾气的污染问题也受到世界各国的高度重视,安装汽车尾气净化催化剂来控制有害气体的排放是最有效的方法。贵金属催化剂由于价格昂贵,储量有限,其使用受到很大的限制,而储量丰富的钙钛矿型催化剂以独特的物理化学性质及其灵活的“化学剪裁”特性使其倍受研究者青睐。传统的方法制备的钙钛矿型催化剂比表面积小,催化活性低,其应用有局限性。1992年有序介孔氧化硅的成功合成为介孔材料的研究提供了契机,其纳米介孔孔道可以作为化学反应的“微型反应器”,这种材料由于表面可以被很多有机官能团改性,使其在很多领域得到广泛有效地应用。   本文以介孔LaCoO3钙钛矿型催化剂在汽车尾气净化方面的应用为出发点,采用硬模板湿法浸渍溶胶凝胶法制备了高比表面积钙钛矿型LaCoO3系列催化剂,通过XRD、N2吸附脱附、FT-IR等测试手段对其进行了结构和性能的表征,并研究了它对CO的催化活性。本文的主要内容如下:   1)采用非离子表面活性剂P123为结构导向剂,正硅酸乙酯为硅源,在酸性条件下,利用水热合成法合成了介孔分子筛SBA-15。分析表明介孔分子筛SBA-15,具有六方有序介孔结构、高的比表面积(807m2/g)和大的孔径(5.6nm),且孔径分布窄;   2)利用嫁接的方式对介孔分子筛SBA-15进行氨基改性。结果显示氨基嫁接到SBA-15表面,当SBA-15与APTES质量体积比为1g∶1ml时,改性后的SBA-15仍具有有序六方结构,但随着APTES的增加,介孔材料的各相关参数均有所下降。其中比表面积由807m2/g降到109m2/g,孔径由5.6nm降到3.8nm,它的合成为进一步组装催化剂活性组分准备了载体材料;   3)通过热重及物相分析,确定了热处理的最佳温度为650℃。烧结温度过低,材料还是非晶相,过高则杂质相增多;去除模板前后,物相没有发生变化,表面形貌呈颗粒状。   4)研究了A位掺杂量,模板量,烧结温度对催化剂物相、形貌及催化活性的影响。实验发现当掺杂量为x=0.2时开始出现杂质相,此时催化活性最强;样品的比表面积随着模板量的增加而升高,活性也因此而增强,当n模板量∶n金属离子=2时,活性最强;烧结温度为550℃时,催化剂具有最佳的催化活性;此外,搅拌时间对催化剂的活性也有一定的影响,当搅拌时间为6h时样品具有最佳的催化活性。
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