几种含铬尖晶石型催化剂制备和甲烷燃烧性能的研究

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1、内蒙古大学硕士学位论文几种含铬尖晶石型催化剂的制备与甲烷燃烧性能研究摘要本文用溶胶一凝胶法，固相法，微乳法，共沸蒸馏四种方法制备了Mg．Cr．O，Fe—Cr-O和Co—C卜。三种催化剂，并对其进行一系列的表征，从而找出性能最好的催化剂Mg-Cr-O和最好的制备方法溶胶一凝胶法。然后又以溶胶～凝胶法制各了Mg—Cr—A1一O，Mg—Crl5A10．5-O，Mg—A1一O，和Mg—Cr-O催化剂，考察Mg—Cr—O催化剂中掺杂Al后对催化剂性能的影响。另外用溶胶一凝胶普通干燥，真空干燥和红外干燥法分别制备了三种Mg—Cr-O催化剂，

2、考察了干燥方法对催化剂Mg．Cr-O性能的影响。以XRD分析了样品的晶体结构及粒径，以B．E．T方程计算比表面积，用TPR、FT-IR、XPS、TEM等技术表征了样品的还原性，红外光谱等特征，表面性能和样品形貌，以甲烷燃烧反应考察了样品的催化性能。研究结果表明：经1400。C焙烧3h后，溶胶一凝胶法，固相法，微乳法制备的Mg．Cr-O，Fe—Cr-O和Co-Cr-O三种催化剂中Mg—Cr-O样品表现出了较好的催化活性，而共沸蒸馏法制备的Mg-CroO，Fe-Cr-O和Co-Cr—O三种催化剂中Co。Cr—O催化剂的催化活性则比其

3、他两种催化剂的催化活性要好。XRD表征结果表明，四种方法制备的镁铬和钴铬催化剂在1400。C焙烧后都可得到尖晶石型物相MgCr204和CoCr204，但铁铬催化剂在经1400。C之后仍然形成不了尖晶石型FeCr204，只有简单氧化物型物相FeO和Cr203或Feo．7Crl．303物相。此外，在Mg．Cr．O中掺杂Al后，我们发现，当焙烧温度达到1400。C时掺杂型催化剂的催化活性明显好于单一尖晶石型催化剂，其中Mg—A1一Cr-O样品催化活性最好。内蒙古大学硕士学位论文而采用三种干燥方法制各的Mg-Cr-O催化剂进行比较后我们

4、发现，当焙烧温度为1400。C时，真空干燥催化剂的活性最好，红外干燥的催化剂催化活性最差，说明真空干燥的催化剂耐热性较好，且适合高温燃烧。关键词：尖晶石，催化燃烧，制各方法，复合氧化物，性能表征内蒙古大学硕士学位论文1．1论文的目的与意义第一章、前言甲烷催化燃烧与传统的火焰燃烧相比具有燃烧火焰温度低(大约为1200．C．1400"C)，燃烧效率高，一氧化碳，氮氧化物生成量少等诸多优点11-31，是一条充分利用能源并做到有害气体零排放，提高能效的有效途径。为此，pfefferle[4J等人提出了甲烷高温催化燃烧方法，使燃烧系统向高

5、效低污染方向发展。从二十世纪七十年代开始，人们开始了对甲烷催化燃烧技术的研究，而在此之前，人们一直沿用传统的燃烧模式，即火焰燃烧方式。而火焰燃烧存在两大缺点：一是能量利用率低；二是在火焰燃烧中，空气中的N2参与反应生成NOx，造成了环境污染。毫无疑问，开发应用甲烷催化燃烧技术有助于解决环境污染和节约能源这两个当今人们关注的问题。此外，甲烷催化燃烧还具有燃烧温度低，燃烧缓和等优点，是一种理想的燃烧方式。正是甲烷催化燃烧所具有的这些突出优点使得它逐渐成为目前人们研究的热点，然而，如何实现甲烷催化燃烧过程，其关键是制备出具有高温热稳定

6、性和低温高活性的甲烷燃烧催化剂。在甲烷燃烧催化剂中，以Pd为代表的贵金属催化剂研究的比较早。这一类催化剂的初始活性很好，主要表现在：起燃温度低，完全燃烧温度(Tgo-／．)与起燃温度(T10％)相差很小(一般不超过100℃)，即活性随温度上升很快。但是，贵金属催化剂存在着易烧结，耐热性差且价格昂贵等缺点【5】。因此，开发非贵金属甲烷燃烧催化剂是目前人们研究的目标之一，非贵金属甲烷燃烧催化剂一般都是Cr，Mn，Fe，Co，Cu等元素组成的氧化物或复合氧化物，然而氧化物催化剂由于在高温时载体和活性组分之间存在明显的相互作用，导致活性

7、降低，复合氧化物催化剂由于具有稳定的结构近年来在甲烷燃烧反应中引起了人们的关注，目前在复合氧化物甲烷燃烧催化剂研究中主要为钙钛矿型催化剂【硎和六铝酸盐催化剂【8J，而对于尖晶石型催化剂研究的报道较少，尤其含铬尖晶石型催化荆应用于甲烷燃烧反应尚不多见。但尖晶石型催化剂在其他一些反应，如甲烷重整制合成气反应唧，苯乙烯选择氧化制苯甲醛的反应1101，环己酮经过醇醛缩合、脱水生成环己烯环己酮等反应Ill】中已有研究报道。广义的尖晶石型复合金属氧化物的分子式为AxayCz⋯04。式中A，B，C等分别代表不堕雯直查兰堡主堂堡丝苎同的金属元素

8、，O为氧元素。其中x，Y，Z等满足x+p计⋯．3；xMA+yMB+zMc+⋯=8，MA’MB、Mc等代表A，B，C的化合价。具有尖晶石结构的复合金属氧化物中，最常见的是AB204型，AB204型尖晶石属于立方晶系，其中02。为立方密堆积(CPP)，其结构见图1．