铁磷酸铝分子筛在催化甲烷还原N_2O反应中的催化性能及其活性位研究

【摘要】： N_2O不仅具有强大的温室效应,同时还会严重破坏臭氧层,是大气中不可忽视的污染物。工业革命以来,大气中N_2O的浓度呈逐年上升的趋势。因此,研究如何有效脱除工业废气中的N_2O已成为保护环境和可持续发展的重大任务之一。在诸多N_2O的脱除方法中,甲烷还原法由于其独特的优点和良好的应用价值而受到国内外研究人员的广泛关注。 目前,已经开发的用于甲烷还原脱除N_2O的催化剂贵金属用量较大,成本较高;在高温水蒸气条件下容易失活,水热稳定性差。由于分子筛在众多领域都有着广泛的应用,开展有关分子筛合成及应用的研究具有重要的意义。杂原子取代的磷酸铝分子筛(M-AlPO-5)由于其独特的孔道结构和功能各异的骨架位杂原子,是诸多反应的良好催化剂。本论文主要研究了铁磷酸铝分子筛在甲烷还原N_2O反应中的催化性能和活性位分布;在此基础之上对铁磷酸铝分子筛的改性进行了探索。论文的主要内容如下: (1)应用水热法制备不同Fe含量的FeAlPO-5催化剂,活性考评证明FeAlPO-5催化剂具有较高的低温活性。通过一系列的表征手段来解释考评结果,寻找催化剂的活性位与催化性能的关系。得到如下结果:水热法制备的FeAlPO-5催化剂具有典型的AlPO-5分子筛结构;Fe含量对催化剂的活性及催化剂中Fe物种的分布有较大影响。 (2)通过不同制备方法得到相同Fe含量的铁磷酸铝催化剂,表现出不同的催化活性和稳定性。以硝酸铁为前躯体,由水热法制得的铁磷酸铝分子筛,表现出较高的催化活性;并且在富氧和水蒸气条件下仍能保持较好的稳定性。结合XRD、FTIR、BET、UV-Vis、和H_2-TPR等表征,得到如下结果:不同制备方法得到相同Fe含量的铁磷酸铝催化剂表现出不同的催化活性和稳定性,原因在于不同制备方法得到的催化剂中Fe活性位的分布和状态存在差异。 (3)为了提高催化剂的低温活性,本文通过浸渍法在活性较高的铁磷酸铝分子筛催化剂上负载一些具有低温活性的贵金属组分(Ag和Pd),以达到进一步提高催化剂的活性,降低反应温度的目的。研究结果证明负载少量的Pd就能明显提高催化剂的活性。 【关键词】：FeAlPO-5 氧化亚氮 还原 活性位 甲烷 改性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 前言12-14
• 第1章 文献综述14-31
• 1.1 N_2O的环境效应14-15
• 1.2 N_2O的脱除方法15-21
• 1.2.1 热分解法15
• 1.2.2 催化直接分解法15-19
• 1.2.2.1 贵金属催化剂16
• 1.2.2.2 金属氧化物催化剂16-18
• 1.2.2.3 金属离子改性的分子筛催化剂18-19
• 1.2.3 非选择性催化还原法19
• 1.2.4 选择性催化还原法(SCR)19-21
• 1.2.4.1 NH_3选择性催化还原法(NH_3-SCR)19-20
• 1.2.4.2 烃类选择性催化还原法20-21
• 1.3 CH_4选择性催化还原N_2O的研究进展21-24
• 1.3.1 CH_4选择性催化还原N_2O的应用前景21
• 1.3.2 CH_4选择性催化还原法N_2O的催化剂21-22
• 1.3.3 CH_4选择性催化还原法N_2O的反应机理22-23
• 1.3.4 本文目标分子筛的选择23-24
• 1.4 铁磷酸铝分子筛24-28
• 1.4.1 AlPO-5分子筛的发展24
• 1.4.2 铁磷酸铝分子筛的制备方法24-25
• 1.4.3 铁磷酸铝分子筛的应用25
• 1.4.4 铁磷酸铝分子筛的表征25-28
• 1.4.4.1 Fe物种进入分子筛骨架的表征26-27
• 1.4.4.2 铁磷酸铝分子筛中Fe物种的表征27-28
• 1.5 铁磷酸铝分子筛的贵金属改性28-29
• 1.5.1 改性的原因28
• 1.5.2 含Fe催化剂的贵金属改性研究进展28-29
• 1.6 文献小结及本文研究内容29-31
• 1.6.1 文献小结29-30
• 1.6.2 本论文主要研究内容30-31
• 第2章 实验部分31-39
• 2.1 仪器与试剂31-32
• 2.1.1 化学试剂31-32
• 2.1.2 实验仪器32
• 2.2 催化剂的制备32-33
• 2.3 催化剂的性能考评33-35
• 2.3.1 催化剂性能考评装置33-34
• 2.3.2 催化剂性能考评条件34
• 2.3.3 实验操作步骤34-35
• 2.4 反应产物的分析以及数据处理35-36
• 2.4.1 反应产物的测定35-36
• 2.4.2 转化率的计算36
• 2.5 催化剂的表征36-39
• 第3章 Fe含量对FeAlPO-5的催化性能及活性位的影响39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 实验设计39
• 3.3 实验结果与讨论39-48
• 3.3.1 催化剂的考评结果39-42
• 3.3.2 催化剂的表征结果42-48
• 3.3.2.1 X-射线粉末衍射(XRD)42-43
• 3.3.2.2 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)43-44
• 3.3.2.3 催化剂的组成和孔分析44-46
• 3.3.2.4 紫外可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)46-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 制备方法对铁磷酸铝分子筛催化剂性能和活性位的影响研究50-63
• 4.1 引言50
• 4.2 考评装置与反应条件50
• 4.3 结果与讨论50-62
• 4.3.1 不同制备方法催化剂的催化活性50-51
• 4.3.2 不同制备方法催化剂的抗水抗氧性能51-53
• 4.3.3 不同制备方法催化剂的稳定性53-54
• 4.3.4 催化剂的表征54-62
• 4.3.4.1 X射线粉末衍射(XRD)54-55
• 4.3.4.2 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)55-56
• 4.3.4.3 催化剂的组成和孔分析56-57
• 4.3.4.4 紫外可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)57-60
• 4.3.4.5 程序升温还原(H_2-TPR)60-61
• 4.3.4.6 电子顺磁共振方法61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 FeAlPO-5催化剂的改性探索63-71
• 5.1 前言63
• 5.2 实验设计63
• 5.3 结果与讨论63-70
• 5.3.1 负载型催化剂的性能考评结果63-66
• 5.3.2 催化剂的表征及分析66-70
• 5.3.2.1 X-射线粉末衍射(XRD)66-67
• 5.3.2.2 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)67
• 5.3.2.3 孔分析67-69
• 5.3.2.4 程序升温还原(H_2-TPR)69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-79
• 附录79-80
• 本文中英文对照表80

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