固體多相催化劑的制備表征和性能研究

1、固體多相催化劑的制備、表征和性能研究摘要：本實(shí)驗(yàn)通過(guò)制備不同配比的鈰錳復(fù)合氧化物，并對(duì)其經(jīng)行差熱分析，比表面積的測(cè)定及催化活性等方面性能的研究，對(duì)固體多相催化劑的工藝流程進(jìn)行簡(jiǎn)單重復(fù)，尋找合適的鈰錳配比以達(dá)到催化劑的最大性能。關(guān)鍵詞：鈰錳復(fù)合氧化物，差熱分析，BET色譜法，催化劑活性測(cè)定Abstraction: In this experiment, we made Ce-Mn-complexoxides with different ratio of mol of Ce to mol of Mn and study these oxides catalytic activities to i

2、ndentify the best ratio which can lead to the greatest activities in normal pressure as well as relative low temperature.Keywords:Ce-Mn-complexoxides, differential thermal analysis（DTA）,BET chromatography, catalytic activity analyze前言：隨著工業(yè)的發(fā)展，汽車成為人們生活中不可缺少的一部分。與此同時(shí)，汽車尾氣帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也日益引起人們的關(guān)注，使用催化劑在常壓及汽

3、車行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)所能達(dá)到的溫度下對(duì)汽車尾氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將其中對(duì)環(huán)境有污染的氮氧化物，一氧化碳及未完全氧化的烴類轉(zhuǎn)化為無(wú)污染的氮?dú)猓趸己退?，成為人們研究的重點(diǎn)。鉑催化劑雖然具有很好的催化效果，但由于造價(jià)高難以廣泛地應(yīng)用于汽車制造業(yè)。我們發(fā)現(xiàn)，鈰錳復(fù)合氧化物作為催化劑也可以較好的催化尾氣轉(zhuǎn)化的過(guò)程，且由于造價(jià)低廉，可以廣泛地應(yīng)用于汽車制造，從而減少汽車尾氣的污染。1.儀器試劑DTU-2A微機(jī)差熱天平（北京博淵精準(zhǔn)科技發(fā)展有限公司）CPA 2245 sartoring天平（北京奧多利斯科學(xué)儀器）70-1遠(yuǎn)紅外快速干燥器（上海陽(yáng)光實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）SX2 系列箱式電阻爐（上海陽(yáng)光實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）F

4、-sorb 3400 比表面積及孔徑分析儀（金埃譜科技）GC9790A氣相色譜儀（浙江福立分析儀器有限公司）AI-808PFK1L2電爐控制柜（廈門(mén)宇光電子技術(shù)有限公司）2.實(shí)驗(yàn)1）鈰錳復(fù)合氧化物的制備通常固體催化劑的制法有沉淀法，浸漬法，混合法，離子交換法及熱熔融法。浸漬法利用固體孔隙與液體接觸時(shí)由于表面張力而產(chǎn)生的毛細(xì)管壓力使液體滲透到毛細(xì)管內(nèi)部，同時(shí)活性部分在載體表面進(jìn)行吸附，從而得到固體催化劑。該法簡(jiǎn)單易行且經(jīng)濟(jì)，本實(shí)驗(yàn)選用浸漬法制備固體多相催化劑，使用氧化鋁作為多孔載體。配制硫酸鈰：硝酸錳=0.31,0.5,0.7,0.92（摩爾比）的溶液（硫酸錳1ml），加入3ml氧化鋁，充分浸漬

5、一段時(shí)間后倒入表面皿中放在紅外干燥器中烘干。2）差熱分析差熱分析通過(guò)在一定條件下同時(shí)加熱或冷卻樣品和參比物，并記錄兩者之間的溫度差，分析樣品在加熱過(guò)程中的物理或化學(xué)變化。本實(shí)驗(yàn)用氧化鋁作為參比物，通過(guò)差熱分析儀對(duì)制備的催化劑進(jìn)行差熱分析，結(jié)果如下：(a)(b)(c)(d)Graph1差熱分析報(bào)告 (a)鈰錳比0.31(b)鈰錳比0.5 (c)鈰錳比0.7(d)鈰錳比0.92鈰錳比0.310.50.70.92起始溫度156.7200.2208.0209.3峰高177.0210.0238.0249.0鈰錳催化劑出現(xiàn)一個(gè)明顯凹峰，說(shuō)明催化劑在升溫過(guò)程中發(fā)生吸熱變化。隨鈰錳比的升高，峰的起始溫度和峰高

6、均增加。3）比表面積測(cè)定假設(shè)在物理吸附中，吸附質(zhì)與吸附劑之間的作用力是范德華力，而吸附分子之間的作用力也是范德華力。所以當(dāng)氣相中的吸附質(zhì)分子被吸附在多孔固體表面上之后，它們還可能從氣相中吸附同類分子。因此吸附是多層的，但同一層吸附分子之間無(wú)相互作用，吸附平衡是吸附和解吸附的動(dòng)態(tài)平衡；第二層及其以后各層分子的吸附熱等于氣體的液化熱。由此可以得到BET吸附公式：其中混合氣中氮的分壓PS吸附平衡溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓Vm鋪滿一單分子層的飽和吸附量（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）C與第一層吸附熱及凝聚熱有關(guān)的常數(shù)Vd不同分壓下所對(duì)應(yīng)的固體樣品吸附量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）將對(duì)作圖，得一條直線，其斜率為，截距由斜率和截距可以求得單分

7、子層飽和吸附量。根據(jù)每一個(gè)被吸附分子在吸附表面上所占有的面積，即可計(jì)算出每克固體樣品所具有的表面積。本實(shí)驗(yàn)利用BET吸附理論，通過(guò)BET色譜法對(duì)制備的催化劑進(jìn)行比表面積的測(cè)定。由比表面積及孔徑分析儀得到如下數(shù)據(jù)：鈰錳比0.30.50.70.92比表面積（m2/g）140.8528138.2340128.5529138.5074由上圖可得，比表面積與鈰錳比之間并非線性關(guān)系，鈰錳比為0.3時(shí)比表面積最大，而在0.7是達(dá)到最小。4）活性測(cè)定對(duì)催化劑活性的表示一般有轉(zhuǎn)換頻率，反應(yīng)速率，活化能，轉(zhuǎn)化率等表示方法。轉(zhuǎn)化率為反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量占引入反應(yīng)器的反應(yīng)物總量的百分比。在相同的反應(yīng)條件下（同樣的催化劑裝量，反應(yīng)物料的進(jìn)料速度等），測(cè)定不同反應(yīng)溫度下的轉(zhuǎn)化率，作出轉(zhuǎn)化率溫度關(guān)系曲線。不同催化劑的活性比較為在相同反應(yīng)溫度下轉(zhuǎn)化率的高低，高者活性高?；蛟谙嗤D(zhuǎn)化率下所對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度高低，低者活性高。用轉(zhuǎn)化率表示催化劑活性方便直觀。本實(shí)驗(yàn)選用轉(zhuǎn)化率這一性能指標(biāo)。測(cè)量160,190,220,250,280,310,340下相同體積的氫氣不經(jīng)催化劑轉(zhuǎn)化在色譜分析中得到的色譜峰面積S0和經(jīng)催化劑轉(zhuǎn)化后得到的色譜峰面積S，計(jì)算轉(zhuǎn)化率x=(s0-s)/s0，除以催化劑裝量即得單位催化劑裝量的轉(zhuǎn)化率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：由上圖可得，鈰錳比在0.7時(shí)催化劑活性達(dá)到最大，明顯高于其他3個(gè)配比。而鈰錳比