CAJ | 학술논문

柴油发动机是一种高效耐用的发动机,具有广阔的应用前景.但柴油车尾气中的炭烟颗粒吸附了许多有毒有害物质,也是城市PM2.5的主要来源之一,对人类生命安全造成极大威胁.因此,降低和消除柴油车尾气中的炭烟颗粒是柴油车尾气净化的重要任务.尾气后处理是炭烟颗粒进入大气环境前的最后一道程序,可有效控制柴油车尾气中炭烟颗粒排放.其中,催化净化催化剂是尾气后处理技术的核心.研究表明,炭烟颗粒催化燃烧是一个气-固-固三相深度氧化反应,因此开发新型催化剂体系,改善催化剂与炭烟颗粒的接触,提高催化剂的本征活性,对于研制高活性炭烟燃烧催化剂具有重要的实际意义.&nbsp；对于三维有序大孔(3DOM)结构催化剂,大孔有利于炭烟颗粒进入催化剂内部并与活性位点接触,而有序的孔道结构可以促进炭烟颗粒在催化剂孔道内传输.因此,将催化炭烟颗粒燃烧催化剂设计成3DOM结构,可促进炭烟颗粒催化燃烧,提高催化剂活性.研究表明,锰铈复合氧化物材料在炭烟颗粒催化燃烧中表现出比单一的锰氧化物和铈氧化物更好的性能.而将K与Ce和Mn形成复合氧化物,利用三者之间的协同作用,将可使K掺杂3DOM结构Mn0.5Ce0.5Oδ催化剂具有更高的催化活性.本文利用胶体晶体模板法成功制备了3DOM结构的Mn0.5Ce0.5Oδ复合氧化物,并采用简单的等体积浸渍方法成功制备了不同K担载量的K掺杂3DOM结构Mn0.5Ce0.5Oδ催化剂(K-MCO).表征结果表明, K-MCO催化剂具有贯通有序的大孔结构,但焙烧温度和焙烧时间会对大孔结构的规整性有一定影响；催化剂中K含量、焙烧温度和焙烧时间对K-MCO的晶型影响较大,催化剂中出现了一个新的晶相K2Mn4O8.另外, K含量、焙烧温度和焙烧时间对催化剂的氧化还原性能也有较大影响.评价结果表明,所制催化剂对炭烟催化燃烧均具有较高活性,其中20% K-MCO-4h催化剂活性最高,催化燃烧炭烟的T50(炭烟的最大燃烧峰值)为331oC, CO2选择性为95.3%.催化剂的大孔结构效应以及K, Mn和Ce三者间的协同作用有利于提高催化剂催化燃烧炭烟的活性.另外,由于柴油车尾气排气口温度范围为175–400 oC,而本文所制催化剂催化燃烧炭烟的温度低于400 oC,因此该催化剂可以在柴油车尾气排气口温度范围内进行炭烟催化燃烧.由于具有合成步骤简单、活性高以及成本低等优点,该催化剂在实际应用方面具有广阔前景. 柴油髮動機是一種高效耐用的髮動機,具有廣闊的應用前景.但柴油車尾氣中的炭煙顆粒吸附瞭許多有毒有害物質,也是城市PM2.5的主要來源之一,對人類生命安全造成極大威脅.因此,降低和消除柴油車尾氣中的炭煙顆粒是柴油車尾氣淨化的重要任務.尾氣後處理是炭煙顆粒進入大氣環境前的最後一道程序,可有效控製柴油車尾氣中炭煙顆粒排放.其中,催化淨化催化劑是尾氣後處理技術的覈心.研究錶明,炭煙顆粒催化燃燒是一箇氣-固-固三相深度氧化反應,因此開髮新型催化劑體繫,改善催化劑與炭煙顆粒的接觸,提高催化劑的本徵活性,對于研製高活性炭煙燃燒催化劑具有重要的實際意義.&nbsp；對于三維有序大孔(3DOM)結構催化劑,大孔有利于炭煙顆粒進入催化劑內部併與活性位點接觸,而有序的孔道結構可以促進炭煙顆粒在催化劑孔道內傳輸.因此,將催化炭煙顆粒燃燒催化劑設計成3DOM結構,可促進炭煙顆粒催化燃燒,提高催化劑活性.研究錶明,錳鈰複閤氧化物材料在炭煙顆粒催化燃燒中錶現齣比單一的錳氧化物和鈰氧化物更好的性能.而將K與Ce和Mn形成複閤氧化物,利用三者之間的協同作用,將可使K摻雜3DOM結構Mn0.5Ce0.5Oδ催化劑具有更高的催化活性.本文利用膠體晶體模闆法成功製備瞭3DOM結構的Mn0.5Ce0.5Oδ複閤氧化物,併採用簡單的等體積浸漬方法成功製備瞭不同K擔載量的K摻雜3DOM結構Mn0.5Ce0.5Oδ催化劑(K-MCO).錶徵結果錶明, K-MCO催化劑具有貫通有序的大孔結構,但焙燒溫度和焙燒時間會對大孔結構的規整性有一定影響；催化劑中K含量、焙燒溫度和焙燒時間對K-MCO的晶型影響較大,催化劑中齣現瞭一箇新的晶相K2Mn4O8.另外, K含量、焙燒溫度和焙燒時間對催化劑的氧化還原性能也有較大影響.評價結果錶明,所製催化劑對炭煙催化燃燒均具有較高活性,其中20% K-MCO-4h催化劑活性最高,催化燃燒炭煙的T50(炭煙的最大燃燒峰值)為331oC, CO2選擇性為95.3%.催化劑的大孔結構效應以及K, Mn和Ce三者間的協同作用有利于提高催化劑催化燃燒炭煙的活性.另外,由于柴油車尾氣排氣口溫度範圍為175–400 oC,而本文所製催化劑催化燃燒炭煙的溫度低于400 oC,因此該催化劑可以在柴油車尾氣排氣口溫度範圍內進行炭煙催化燃燒.由于具有閤成步驟簡單、活性高以及成本低等優點,該催化劑在實際應用方麵具有廣闊前景.
시유발동궤시일충고효내용적발동궤,구유엄활적응용전경.단시유차미기중적탄연과립흡부료허다유독유해물질,야시성시PM2.5적주요래원지일,대인류생명안전조성겁대위협.인차,강저화소제시유차미기중적탄연과립시시유차미기정화적중요임무.미기후처리시탄연과립진입대기배경전적최후일도정서,가유효공제시유차미기중탄연과립배방.기중,최화정화최화제시미기후처리기술적핵심.연구표명,탄연과립최화연소시일개기-고-고삼상심도양화반응,인차개발신형최화제체계,개선최화제여탄연과립적접촉,제고최화제적본정활성,대우연제고활성탄연연소최화제구유중요적실제의의.&nbsp；대우삼유유서대공(3DOM)결구최화제,대공유리우탄연과립진입최화제내부병여활성위점접촉,이유서적공도결구가이촉진탄연과립재최화제공도내전수.인차,장최화탄연과립연소최화제설계성3DOM결구,가촉진탄연과립최화연소,제고최화제활성.연구표명,맹시복합양화물재료재탄연과립최화연소중표현출비단일적맹양화물화시양화물경호적성능.이장K여Ce화Mn형성복합양화물,이용삼자지간적협동작용,장가사K참잡3DOM결구Mn0.5Ce0.5Oδ최화제구유경고적최화활성.본문이용효체정체모판법성공제비료3DOM결구적Mn0.5Ce0.5Oδ복합양화물,병채용간단적등체적침지방법성공제비료불동K담재량적K참잡3DOM결구Mn0.5Ce0.5Oδ최화제(K-MCO).표정결과표명, K-MCO최화제구유관통유서적대공결구,단배소온도화배소시간회대대공결구적규정성유일정영향；최화제중K함량、배소온도화배소시간대K-MCO적정형영향교대,최화제중출현료일개신적정상K2Mn4O8.령외, K함량、배소온도화배소시간대최화제적양화환원성능야유교대영향.평개결과표명,소제최화제대탄연최화연소균구유교고활성,기중20% K-MCO-4h최화제활성최고,최화연소탄연적T50(탄연적최대연소봉치)위331oC, CO2선택성위95.3%.최화제적대공결구효응이급K, Mn화Ce삼자간적협동작용유리우제고최화제최화연소탄연적활성.령외,유우시유차미기배기구온도범위위175–400 oC,이본문소제최화제최화연소탄연적온도저우400 oC,인차해최화제가이재시유차미기배기구온도범위내진행탄연최화연소.유우구유합성보취간단、활성고이급성본저등우점,해최화제재실제응용방면구유엄활전경.
A series of K‐doped Mn0.5Ce0.5Oδ(K‐MCO) catalysts with three‐dimensionally ordered macroporous (3DOM) structure and different K loadings were successfully synthesized using simple methods. These catalysts exhibited well‐defined 3DOM nanostructure, which consisted of extensive inter‐connecting networks of spherical voids. The effects of the calcination temperature and calcination time on the morphological characteristics and crystalline forms of the catalysts were systematically studied. The catalysts showed high catalytic activity for the combustion of soot. 3DOM 20%K‐MCO‐4h catalyst, in particular, showed the highest catalytic activity of all of the catalysts studied (e.g., T50=331 °C and SmCO2=95.3%). The occurrence of structural and synergistic effects among the K, Mn, and Ce atoms in the catalysts was favorable for enhancing their catalytic activity towards the combustion of diesel soot. Furthermore, the temperatures required for the complete combustion of the soot (<400 °C) were well within the exhaust temperature range (175–400 °C), which means that the accumulated soot can be removed under the conditions of the diesel exhaust gas. These catalysts could therefore be used in numerous practical applications because they are easy to synthesize, exhibit high catalytic activity, and can be made from low cost materials.