Co/Al2O3催化剂催化还原NO的活性研究

第29卷第4期昆明理工大学学报(理工版)Vol. 29 No 42004年8月Journal of Kunming University of Science and Technology( Science and TechnologyAug.2004Co/Al2O3催化剂催化还原NO的活性研究宁平,黄建洪,赵宾,罗永明(昆明理工大学环境科学与工程学院,云南昆明650093)摘要:针对汽车尾气中的NO污染物制得Co/Al2O3催化剂,考查了不同因素对Co/Al2O3催化剂还原NO的影响用不同方法对该催化剂的活性进行了表征,结果显示该催化剂纯度高,其中C负载量为2%的催化剂催化活性最好关键词:Co/Al2O3催化剂;NO;汽车尾气净化中图分类号:X7342文献标识码:A文章编号:1007-855X(2004)04-0173-03Active Research of Co/Al2O3 Catalyst in Reduction NONING Ping, HUANG Jian-hong, ZHAO Bin, LOU Yong-ming(Faculty of Environmental Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093,ChinaAbstract: The Co/Al203 Catalyst for reduction is prepared No. A research is made on the effect of all kinds offacts on the reducing NO in Co/Al203 Catalyst, and a token of the catalyst with different methods is made.Theresult shows that the catalyst has high purity and the activity of the catalyst loading 2% Co is bestKey words Co/Al2O3 Catalyst; NO; purification of automobile tail gas0引言随着我国经济和汽车工业的快速发展,汽车保有量的增加,产生的污染物已成为城市空气污染的主要来源之一,其中NO是主要污染物之一,排放到空气中的NO被氧化成NO2,而NO2是一种刺激性很强的污染物因此,对汽车尾气进行控制已经非常紧迫目前广泛使用的三元催化剂由于其价格昂贵,操作温度窗口窄等缺点,其广泛应用受到了限制因此研究各种替代催化剂成为目前研究治理汽车尾气污染问题的热门课题本文研究了Co/A2O3催化剂对NO的催化还原活性并对催化剂样品进行了一些表征1Co/Al2O3催化剂的制备采用溶胶-凝胶法制得Co/Al2O3催化剂,其设备图如图催化剂载体的制备过程如图1所示:在电磁搅拌器或在旋转蒸发仪搅拌的条件下,90℃温度下水解异丙醇铝(AIP)然后,滴加少量的稀硝酸,并强烈搅拌,使之形成透明的一水软铝石溶胶,再将所得溶胶在旋转蒸发仪内低压蒸馏,以去除溶胶当中的有机溶剂,并在室温条件下放置12h,使其老化形成透明凝胶.而后干燥、焙烧即得到实验室所需载体2Co/Al2O3催化剂对NOx还原活性及影响因素21Co负载量对催化剂活性的影响如图3所示为Co负载量(质量分数)分别为1%、2%和6%的催化剂样品对NO催化还原的活性影响从图中可以看出,在温度为400~500℃的温度区间内,含量为1%和2%的Co催化剂样品对NO的还中国煤化工收稿日期:004-06-09.基金项目:云南省自然科学基金(项目编第一作者简介:宁平(19582-),男教授博导,主要研究方向:柴YHSCNMHGE-maill:ningping58@sina.com174昆明理工大学学报(理工版第29卷90℃去离子水丙醇铝■90℃揽拌1h加入活性加入适量组分溶液稀硝酸剧烈搅拌!h形成透明溶胶蒸馏4-10110℃下干燥12h1.旋转蒸发仪2.热电偶3.凝胶4.冷凝管不同温度下焙烧5.加液漏斗6.皮管7.循环水真空泵图1溶胶-凝胶法制备催化剂主要设备图匚氧化三铝AoSchematic diagram of the experimen图2溶胶-凝胶法制备AO载体或催化剂流程图原活性比含量为6%的催化剂样品的活性高2.2焙烧温度对催化剂活性的影响从图4可以看出600℃焙烧的Co负载量为2%催化剂样品的活性温度窗口最宽,在温度区间为470650℃的范围内其活性比400℃和800℃焙烧下的催590化剂样品的活性都高,这是姍40因为600℃焙烧条件下γAO2的成分高(这可从下x断000000800℃面的XRD图谱上看出),而800℃焙烧条件下的催化剂0045050055060065000450500550600650样品的载体主要以n-反应条件:NO=100×10反应条件:NO=1000×10-6Al2O3为主.从以上的分析CH6=1000×106CH6=1000×106可以得出Co/Al2O3催化剂O2=2%的最佳焙烧温度为600℃C催化剂重量=500mg催化剂重量=500mg2.3氧气浓度对催化剂活总流量=200mL/min总流量=200mL/min性的影响图3不同Co负载量对催化剂活性的影响图4焙烧温度对催化剂活性的影响氧气是影响催化剂活Fg.3 Effect of Co loading on the activity Fig.4 Effect of temperature on the activity性的一个重要因素.从图5of the catalyst中可看出,在整个温度范围内,较低的氧气浓度比较高氧气浓度更有利于NO2转化,这可能是由于NO2的催化还原反应的初步要使O2与HC在催化剂表面上首先形成吸附态的物种而后才与气相中的NO反应生成N2,这样HC与O2在催化剂表面上就存在竞争吸附的情况,只有按照计量比吸附HC与O2才能使催化反应的转化率最高24还原剂浓度对催化剂活性的影响如图6所示为C3H6浓度对NO2转化率的影响从图中可知,温度在400~525℃的区间内,NOx的转化率随C3H6浓度的增大而提高,这是由于Co/Al2O3催化中国煤化工HAC和O2首先吸附到催化剂表面上的吸附位之后才与气相中的NO反应生成CNMH就需要HC与O2在催化剂的表面上能按计量比进行吸附,才能使催化剂表面的活性中心最大程度被吸附物种所覆盖4宁平,黄建洪,赵宾,等:Co/A2O3催化剂催化还原NO的活性研究1753Co/Al2O3催化剂的表征60503.1X射线衍射(XRD)物相分析50图7所示Co含量分别为总301%,2%和6%的催化剂样品的20XRD谱图.从图中可知道,Co负载量为1%和5%的催化剂样品上904505m050606500400450500550600650的Co3O4晶体和Al2O3晶体的特温度/℃征衍射峰比Co负载量为2%的催应条件:NO=100×10反应条件:NO=1000化剂样品要明显,而从以上的催化CH6=1000×106O2=2%剂活性分析数据可以知道Co负O2=2%催化剂重量=500m载量为2%的催化剂样品的活性催化剂重量=500mg总流量=200mL/min总流量=200mL/min最好,这说明在Co/Al2O3催化剂上起活性作用的物质不是Co3O4,图5氧气浓度对催化剂活性的影响图6还原剂浓度对催化剂活性的影响而是其他物质Fig 5 Effect of O2 on the activityFig 6 Effect of CyHs on the activity3.2紫外浸反射(UV-vis)分析图8所示为Co负载量分别为1%、2%和6%的催化剂样品的UV-vis分析谱图,从图中可以观察到在540mm,580m和625mm处出现正四面体Co2+的峰.在480mm处出现一个很矮的峰是八面体Co2+的峰,在220m处出现5060200300400500600700800的峰可能是Co的其他氧化物,如2(°)Co2O3的峰.从图上可以看出Co/(a)1%Co(b)2%Co()6%C(a)1%Co(b)2%Co(c)6%CoAl2O3催化剂样品上正四面体和(+)C0 04(O)A10,八面体的Co2+占优势图7不同含量的Co催化剂XRD谱图图8催化剂样品的UV-vs分析Fig. 7 XRP sepectra of the catalystFig 8 UV- vis analysis of the catalyst4结论1)C3H6在Ag/Al23和Co/Al2O3催化剂上均具有良好的还原NO的性能,一定范围内增加CH6的浓度有利于NO的转化率2)XRD衍射图谱和UV-vs图谱表明,Co/Al2O3催化剂上起活性中心作用的活性物种为以CoA2O4形式存在的正四面体C3O43)EPMA含量分析表明,用溶胶-凝胶法制备的Co/A2O3催化剂的纯度较高,几乎不存在其他元素对催化剂的活性产生明显的影响参考文献[1 Konno M, Chikahisa T, Murayama T, et al. Catalytic reduction of NO in actual diesel engine exhaust [J]. SAE Transaction1992,101(4):11-18[2] Marcelo S. Batista, Rudye K.S. Santos, Elisabete M. Assaf, et al. Characterization of the activity and stability of supportedcobalt catalysts for the steam reforming of ethanol[ J]. Joumal of Power Sources, 2003, 124: 99-103[3] JiYang Yan, Mayfair C Yung, Wolfgang M H Sachtler, et al. Co/Al20, Lean NO, Reduction Catalyst [J]. Journal of Catalysis,1997,172:178~186中国煤化工[4]朱洪法.催化剂载体[M].北京:化工出版社,1980.14[5] Konno M, Chikahisa T, Murayama T, et al. Catalytic reduction of NCNMHGLj. SAE Transaction92,101(4):l-18