納米金屬催化劑的制備、表征及三效催化反應(yīng)活性的研究.pdf

1、汽車尾氣處理用三效催化劑(Three-Way Catalyst,簡稱TWC)主要以Pt、Pd和Rh等貴金屬為活性成分,通過控制發(fā)動機(jī)空燃比(A/F),對汽車尾氣中CO、HC和NOx等主要污染物可以同時具有很高的催化轉(zhuǎn)化效率。其中貴金屬尤其是Rh存在資源短缺、價格昂貴等問題,因此研究在滿足活性要求的情況下,使用價格相對便宜的金屬來部分替代Rh具有重要的實用價值。本文采用自主研發(fā)的制備納米粒子的新方法-超聲膜擴(kuò)散法(UAMR),研究了貴金屬

2、(Ag、Au、AuRh)納米粒子和Rh0.5Au0.5(0.5wt％)/γ-Al2O3催化劑的制備,考察其在三效催化模型反應(yīng)中的催化性能。 首先,對應(yīng)用超聲膜擴(kuò)散法制備Ag、Au單金屬納米粒子進(jìn)行了系統(tǒng)研究。超聲膜擴(kuò)散法制備納米粒子時,還原劑溶液以很慢的速率注入中空膜管中,通過膜壁上的微孔后形成大量的微小液滴,然后擴(kuò)散到含有金屬鹽和保護(hù)劑的循環(huán)流動的溶液中,兩者接觸快速反應(yīng),生成的納米粒子被循環(huán)液帶離反應(yīng)區(qū),在保護(hù)劑的作用下停止

3、生長,因此可以制備出粒徑小且分散好的納米粒子。本論文主要研究了以下因素對納米粒子尺寸和分散度的影響規(guī)律：反應(yīng)體系溶劑、還原劑加入速率和金屬鹽循環(huán)速率、超聲波頻率、體系溫度、還原劑用量等。研究發(fā)現(xiàn)：在體系溫度30℃,超聲波頻率24 KHz,金屬鹽循環(huán)速率600 ml·min-1,平流泵流量1 ml·min-1(固定還原劑NaBH4濃度0.031 mol·L-1),還原劑與金屬離子摩爾比為5:1的條件下制備出的貴金屬納米粒子粒徑小,分散性好

4、。 然后分別利用超聲膜擴(kuò)散共還原法和順序還原法制備了AuRh雙金屬納米粒子及Rh納米粒子。TEM表征結(jié)果表明,超聲膜擴(kuò)散共還原法制備的雙金屬納米粒子為AuRh混合晶體結(jié)構(gòu),而超聲膜擴(kuò)散順序還原法制備的雙金屬納米粒子為Au包裹Rh結(jié)構(gòu)。制備出的Rh納米粒子呈球形團(tuán)簇結(jié)構(gòu),團(tuán)簇大小在10-60 nm之間,比表面積很大,形成團(tuán)簇的單個小粒子只有2到3 nm。 最后用超聲膜擴(kuò)散法和傳統(tǒng)浸漬法制備了0.5wt％RhxAu1-x(x

5、=1、0.8、0.6、0.5、0.4、0.2和0)/γ-Al2O3催化劑,利用TEM、UV-vis等技術(shù)對其進(jìn)行了表征,結(jié)果表明,超聲膜擴(kuò)散法制備的催化劑的貴金屬納米粒子在氧化鋁上分散較好,粒徑均在5 nm以下。以CO+O2、CO+NO等探針反應(yīng)探討了0.5wt％RhxAu1-x(x=1、0.8、0.6、0.5、0.4、0.2和0)/γ-Al2O3系列催化劑的活性,發(fā)現(xiàn)金屬摩爾比為1:1是形成合金的合適金屬比例,因此對Rh0.5Au0.