第29卷第4期昆明理工大學(xué)學(xué)報(理工版)Vol. 29 No 42004年8月Journal of Kunming University of Science and Technology( Science and TechnologyAug.2004Co/Al2O3催化劑催化還原NO的活性研究寧平,黃建洪,趙賓,羅永明(昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,云南昆明650093)摘要:針對汽車尾氣中的NO污染物制得Co/Al2O3催化劑,考查了不同因素對Co/Al2O3催化劑還原NO的影響用不同方法對該催化劑的活性進(jìn)行了表征,結(jié)果顯示該催化劑純度高,其中C負(fù)載量為2%的催化劑催化活性最好關(guān)鍵詞:Co/Al2O3催化劑;NO;汽車尾氣凈化中圖分類號:X7342文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號: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引言隨著我國經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的快速發(fā)展,汽車保有量的增加,產(chǎn)生的污染物已成為城市空氣污染的主要來源之一,其中NO是主要污染物之一,排放到空氣中的NO被氧化成NO2,而NO2是一種刺激性很強(qiáng)的污染物因此,對汽車尾氣進(jìn)行控制已經(jīng)非常緊迫目前廣泛使用的三元催化劑由于其價格昂貴,操作溫度窗口窄等缺點(diǎn),其廣泛應(yīng)用受到了限制因此研究各種替代催化劑成為目前研究治理汽車尾氣污染問題的熱門課題本文研究了Co/A2O3催化劑對NO的催化還原活性并對催化劑樣品進(jìn)行了一些表征1Co/Al2O3催化劑的制備采用溶膠-凝膠法制得Co/Al2O3催化劑,其設(shè)備圖如圖催化劑載體的制備過程如圖1所示:在電磁攪拌器或在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀攪拌的條件下,90℃溫度下水解異丙醇鋁(AIP)然后,滴加少量的稀硝酸,并強(qiáng)烈攪拌,使之形成透明的一水軟鋁石溶膠,再將所得溶膠在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀內(nèi)低壓蒸餾,以去除溶膠當(dāng)中的有機(jī)溶劑,并在室溫條件下放置12h,使其老化形成透明凝膠.而后干燥、焙燒即得到實(shí)驗(yàn)室所需載體2Co/Al2O3催化劑對NOx還原活性及影響因素21Co負(fù)載量對催化劑活性的影響如圖3所示為Co負(fù)載量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別為1%、2%和6%的催化劑樣品對NO催化還原的活性影響從圖中可以看出,在溫度為400~500℃的溫度區(qū)間內(nèi),含量為1%和2%的Co催化劑樣品對NO的還中國煤化工收稿日期:004-06-09.基金項(xiàng)目:云南省自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編第一作者簡介:寧平(19582-),男教授博導(dǎo),主要研究方向:柴YHSCNMHGE-maill:ningping58@sina.com174昆明理工大學(xué)學(xué)報(理工版第29卷90℃去離子水丙醇鋁■90℃攬拌1h加入活性加入適量組分溶液稀硝酸劇烈攪拌!h形成透明溶膠蒸餾4-10110℃下干燥12h1.旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀2.熱電偶3.凝膠4.冷凝管不同溫度下焙燒5.加液漏斗6.皮管7.循環(huán)水真空泵圖1溶膠-凝膠法制備催化劑主要設(shè)備圖匚氧化三鋁AoSchematic diagram of the experimen圖2溶膠-凝膠法制備AO載體或催化劑流程圖原活性比含量為6%的催化劑樣品的活性高2.2焙燒溫度對催化劑活性的影響從圖4可以看出600℃焙燒的Co負(fù)載量為2%催化劑樣品的活性溫度窗口最寬,在溫度區(qū)間為470650℃的范圍內(nèi)其活性比400℃和800℃焙燒下的催590化劑樣品的活性都高,這是姍40因?yàn)?00℃焙燒條件下γAO2的成分高(這可從下x斷000000800℃面的XRD圖譜上看出),而800℃焙燒條件下的催化劑0045050055060065000450500550600650樣品的載體主要以n-反應(yīng)條件:NO=100×10反應(yīng)條件:NO=1000×10-6Al2O3為主.從以上的分析CH6=1000×106CH6=1000×106可以得出Co/Al2O3催化劑O2=2%的最佳焙燒溫度為600℃C催化劑重量=500mg催化劑重量=500mg2.3氧氣濃度對催化劑活總流量=200mL/min總流量=200mL/min性的影響圖3不同Co負(fù)載量對催化劑活性的影響圖4焙燒溫度對催化劑活性的影響氧氣是影響催化劑活Fg.3 Effect of Co loading on the activity Fig.4 Effect of temperature on the activity性的一個重要因素.從圖5of the catalyst中可看出,在整個溫度范圍內(nèi),較低的氧氣濃度比較高氧氣濃度更有利于NO2轉(zhuǎn)化,這可能是由于NO2的催化還原反應(yīng)的初步要使O2與HC在催化劑表面上首先形成吸附態(tài)的物種而后才與氣相中的NO反應(yīng)生成N2,這樣HC與O2在催化劑表面上就存在競爭吸附的情況,只有按照計量比吸附HC與O2才能使催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率最高24還原劑濃度對催化劑活性的影響如圖6所示為C3H6濃度對NO2轉(zhuǎn)化率的影響從圖中可知,溫度在400~525℃的區(qū)間內(nèi),NOx的轉(zhuǎn)化率隨C3H6濃度的增大而提高,這是由于Co/Al2O3催化中國煤化工HAC和O2首先吸附到催化劑表面上的吸附位之后才與氣相中的NO反應(yīng)生成CNMH就需要HC與O2在催化劑的表面上能按計量比進(jìn)行吸附,才能使催化劑表面的活性中心最大程度被吸附物種所覆蓋4寧平,黃建洪,趙賓,等:Co/A2O3催化劑催化還原NO的活性研究1753Co/Al2O3催化劑的表征60503.1X射線衍射(XRD)物相分析50圖7所示Co含量分別為總301%,2%和6%的催化劑樣品的20XRD譜圖.從圖中可知道,Co負(fù)載量為1%和5%的催化劑樣品上904505m050606500400450500550600650的Co3O4晶體和Al2O3晶體的特溫度/℃征衍射峰比Co負(fù)載量為2%的催應(yīng)條件:NO=100×10反應(yīng)條件:NO=1000化劑樣品要明顯,而從以上的催化CH6=1000×106O2=2%劑活性分析數(shù)據(jù)可以知道Co負(fù)O2=2%催化劑重量=500m載量為2%的催化劑樣品的活性催化劑重量=500mg總流量=200mL/min總流量=200mL/min最好,這說明在Co/Al2O3催化劑上起活性作用的物質(zhì)不是Co3O4,圖5氧氣濃度對催化劑活性的影響圖6還原劑濃度對催化劑活性的影響而是其他物質(zhì)Fig 5 Effect of O2 on the activityFig 6 Effect of CyHs on the activity3.2紫外浸反射(UV-vis)分析圖8所示為Co負(fù)載量分別為1%、2%和6%的催化劑樣品的UV-vis分析譜圖,從圖中可以觀察到在540mm,580m和625mm處出現(xiàn)正四面體Co2+的峰.在480mm處出現(xiàn)一個很矮的峰是八面體Co2+的峰,在220m處出現(xiàn)5060200300400500600700800的峰可能是Co的其他氧化物,如2(°)Co2O3的峰.從圖上可以看出Co/(a)1%Co(b)2%Co()6%C(a)1%Co(b)2%Co(c)6%CoAl2O3催化劑樣品上正四面體和(+)C0 04(O)A10,八面體的Co2+占優(yōu)勢圖7不同含量的Co催化劑XRD譜圖圖8催化劑樣品的UV-vs分析Fig. 7 XRP sepectra of the catalystFig 8 UV- vis analysis of the catalyst4結(jié)論1)C3H6在Ag/Al23和Co/Al2O3催化劑上均具有良好的還原NO的性能,一定范圍內(nèi)增加CH6的濃度有利于NO的轉(zhuǎn)化率2)XRD衍射圖譜和UV-vs圖譜表明,Co/Al2O3催化劑上起活性中心作用的活性物種為以CoA2O4形式存在的正四面體C3O43)EPMA含量分析表明,用溶膠-凝膠法制備的Co/A2O3催化劑的純度較高,幾乎不存在其他元素對催化劑的活性產(chǎn)生明顯的影響參考文獻(xiàn)[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中國煤化工[4]朱洪法.催化劑載體[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