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煙塵氧化如何形成催化劑
發布時間：2023-02-09 瀏覽量：2451
煙塵是燃煤和工業生產過程中排放出來的固體顆粒物。它的主要成分是無機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境，吸入時會引起嚴重的呼吸系統疾病，如哮喘、支氣管炎和肺癌等，其中尤以細顆粒物 (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)多相復雜催化反應。
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。將催化劑構筑成多孔結構，尤其是大孔結構能有效地增大煙灰和催化劑的接觸效率，進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的氧化還原能力，非常適合于炭煙燃燒這類深度氧化反應。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 。雙組分及多組分復合氧化物催化劑之間由于存在結構和電子調變等相互作用，催化活性比相應的單一氧化物要高，此外復合金屬氧化物通常具有更好的熱穩定性，因此廣受關注。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構的不同鈰鎬比的Ce1-xZrxO2復合氧化物用于炭煙燃燒，發現 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 Zr 含量x =0.3 時，Ce0.7Zr0.3O2對炭煙催化燃燒的活性最高。
Zr 離子的摻入可以產生結構缺陷、增加氧空位，促進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定性。三維有序大孔結構的 Co摻雜的 LaCoxFe1-xO3催化劑表現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 時的復合氧化物催化劑表現出最高的催化活性，其 T10、T50、T90和Smco2分別是 256℃、397℃、436℃和 99.7%。此外，向三維有序大孔結構的 LaCoO3中摻雜 K 離子能進一步促進其氧化還原性能，從而比LaCoO3催化劑表現出更優異的催化炭煙顆粒燃燒性能。
其中，La0.9k0.1CoO3催化劑表現出最高的催化活性，T50和Smco2分別為 378℃和99.8 %。
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