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煙塵氧化如何形成催化劑
發(fā)布時間：2023-02-09 瀏覽量：2600
煙塵是燃煤和工業(yè)生產(chǎn)過程中排放出來的固體顆粒物。它的主要成分是無機(jī)氧化物和未完全燃燒的炭顆粒。煙塵排入大氣后不僅污染環(huán)境，吸入時會引起嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)疾病，如哮喘、支氣管炎和肺癌等，其中尤以細(xì)顆粒物 (尺寸小于 2.5μm)危害最重。煙塵中的煙灰主要來源于柴油機(jī)動車排放。煙灰的催化氧化是一類典型的固(炭煙顆粒)-固( 催化劑)-氣(O2)多相復(fù)雜催化反應(yīng)。
因此，煙灰氧化的催化活性取決于兩個因素:煙灰和催化劑的接觸效率、催化材料的本征氧化活性。用于煙灰催化氧化消除的催化劑主要可分為氧化物和貴金屬催化劑。將催化劑構(gòu)筑成多孔結(jié)構(gòu)，尤其是大孔結(jié)構(gòu)能有效地增大煙灰和催化劑的接觸效率，進(jìn)而大大提高其催化活性。
金屬氧化物催化劑具有較好的催化活性且成本較低，是應(yīng)用于炭煙顆粒物催化燃燒的常用催化劑。過渡金屬氧化物具有較強(qiáng)的氧化還原能力，非常適合于炭煙燃燒這類深度氧化反應(yīng)。在過渡金屬元素中，Cu、Co、Cr 和 Mn 氧化物對炭煙的催化燃燒具有較高的催化活性 。雙組分及多組分復(fù)合氧化物催化劑之間由于存在結(jié)構(gòu)和電子調(diào)變等相互作用，催化活性比相應(yīng)的單一氧化物要高，此外復(fù)合金屬氧化物通常具有更好的熱穩(wěn)定性，因此廣受關(guān)注。Zhao 等采用膠體模板法以聚甲基丙烯酸甲醋為大孔模板劑，制備出的具有三維有序大孔結(jié)構(gòu)的不同鈰鎬比的Ce1-xZrxO2復(fù)合氧化物用于炭煙燃燒，發(fā)現(xiàn) Ce1-xZrxO2固溶體對炭煙燃燒的催化活性隨著 Ce/Zr比的改變而改變，其中當(dāng) Zr 含量x =0.3 時，Ce0.7Zr0.3O2對炭煙催化燃燒的活性最高。
Zr 離子的摻入可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷、增加氧空位，促進(jìn)催化劑表面氧的流動性，有利于吸附氧的解離。此外，Pr 的摻入可以在一定程度上抑制Ce-Zr固溶體中 Ce4+的還原，因此大大提高催化劑對炭煙催化燃燒的穩(wěn)定性。三維有序大孔結(jié)構(gòu)的 Co摻雜的 LaCoxFe1-xO3催化劑表現(xiàn)出比納米顆粒催化劑更高的炭煙顆粒催化燃燒活性。其中 x = 0.3 時的復(fù)合氧化物催化劑表現(xiàn)出最高的催化活性，其 T10、T50、T90和Smco2分別是 256℃、397℃、436℃和 99.7%。此外，向三維有序大孔結(jié)構(gòu)的 LaCoO3中摻雜 K 離子能進(jìn)一步促進(jìn)其氧化還原性能，從而比LaCoO3催化劑表現(xiàn)出更優(yōu)異的催化炭煙顆粒燃燒性能。
其中，La0.9k0.1CoO3催化劑表現(xiàn)出最高的催化活性，T50和Smco2分別為 378℃和99.8 %。
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