CuO-CeO2催化碳颗粒燃烧性能研究【文献综述】

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1、毕业设计文献综述化学工程与工艺CuO-CeO2催化碳颗粒燃烧性能研究[前言]机动车污染已成为城市污染的主要污染源，并已直接威胁到人类健康。柴油是节能型燃料，同样功率的柴油机比汽油机可节约燃料近25%，并且柴油发动机空燃比大，动力性能大大提高，因而发展柴油机轿车成了当前世界汽车业关注的热点之一，但同时，由柴油机排放物造成的环境污染问题也日益突出。【1】而柴油机排放的尾气中主要污染物有碳烟颗粒物、一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物等，碳颗粒是汽车尾气污染中产生气味和可见脏污的主要原因，其表面吸附许多有机污染物、重金属元素和

2、一些致癌物质，极易被吸入肺部而致病。对于碳黑颗粒排放的解决主要有三种方法：一是燃料的改进或使用新型的替代燃料；二是柴油车发动机的改进；三是排放后处理系统。【6】前两种方法不可能彻底解决碳黑颗粒的排放问题。用颗粒过滤器收集碳黑颗粒，同时使碳黑颗粒被氧化为CO2，是减少碳黑颗粒物污染的最直接有效的排放后处理方法。然而，碳黑颗粒的热氧化温度高达825~875K，柴油车的排气温度为450~675K。因此，需要一种催化活性高的催化剂来降低碳黑颗粒的氧化温度，使过滤器上的碳黑颗粒被氧化除去而再生，避免碳黑颗粒在过滤器上的过度积

3、累，堵塞过滤器,影响柴油车性能。【3】目前国内外采用的柴油机碳颗粒燃烧催化剂有：碱金属或碱土金属催化剂，贵金属催化剂，过渡金属催化剂，复合型催化剂等。但由于贵金属催化剂中贵金属含量高、价格昂贵以及催化剂性能对制备条件敏感等原因，尚不能大规模应用于工业。【4】以CeO2为载体的非贵金属催化剂，尤其是CeO2负载Cu催化剂，亦呈现出良好的催化性能。由于CeO2在汽油车尾气三效催化剂中的重要性及其优异的储放氧和氧化还原功能,人们对铈基氧化物催化剂用于柴油机尾气碳颗粒燃烧的研究较多。但是，Cu／CeO2催化剂用于碳颗粒燃烧

4、的活性行为尚未见相关的研究报道。本实验就是研究不同制备方法及不同Cu含量在碳颗粒燃烧中的性能。[主题]一、碳颗粒的催化燃烧4柴油碳颗粒对人体健康的危害非常大，因此常采用颗粒物过滤器将碳烟颗粒捕集，减少其排放量。过滤器所采用的过滤材料和再生问题都是需要研究的关键技术。目前，这两大关键术均有所突破。【2】碳化硅壁流式过滤器在国外应用广泛,在再生技术方面，依靠柴油机控制为基础的催化再生已经有较好的使用经验，在众多形式的再生技术中，催化再生技术成为核心技术，它通过控制柴油机燃烧来提高排气温度，或使过滤体内的颗粒物在催化剂的

5、作用下低温燃烧，从而大大缩短再生时间，提高再生程度，具有很好的应用前景。【5】对于碳烟颗粒的催化燃烧，碳烟与催化剂之间的接触被认为是一个很重要的反应速率控制因素。实验室研究的碳烟颗粒与催化剂的接触有两种：一种是紧密接触，这是为了研究在最佳条件下催化剂的内在本质活性；另一种是松散接触，这是接近于实际柴油机排气条件下的催化剂活性研究。【4】催化剂在松散接触时的活性总是低于紧密接触时的活性，但活性降低的程度随催化体系的不同而有很大的差异。选择合适的催化体系，例如一些具有低熔点和高挥发性的熔融金属盐或氯化物等能使催化剂在松

6、散接触时的催化活性接近于紧密接触时的催化活性。【3】一、碳颗粒燃烧催化剂的研究进展1、碱金属和碱土金属催化剂碱金属被认为是较好的催化碳黑颗粒氧化的催化剂。由于碱金属及其氧化物在空气中不稳定，因此在研究碱金属催化氧化碳黑颗粒时通常使用其氢氧化物或盐类。在松散接触时碱金属的催化活性很低，碳黑颗粒的Tign比紧密接触时高约100K。这种现象有两种解释，一种解释是碱金属的氢氧化物或盐类的吸湿性很强，这些溶化的催化剂颗粒由于表面张力的存在而使催化剂和碳黑颗粒的接触性很差；另一种解释是碱金属碳酸盐的形成，它在与碳黑颗粒紧密接触

7、时被认为是通过M－O键与C相互作用，形成C－O－M物种，使碳黑颗粒的Tign降低。【5】在碳黑颗粒与催化剂紧密接触时，碱土金属或其氧化物也有一定的催化活性。Ba催化剂能使碳黑颗粒的燃烧温度降低100～150K；在673K下焙烧后的22%Ba/CeO2催化剂与7%K/CeO2催化剂的活性相近。但是，所有的碱土金属氧化物在与碳黑颗粒松散接触时的催化活性都很低，如CaO催化燃烧碳黑颗粒的Tcomb为872K。这是由于碱土金属氧化物的熔点普遍较高，其表面原子的移动性较差。故碳黑颗粒与催化剂的活性位的接触较差，从而导致催化剂

8、活性较低。【1】2、贵金属催化剂4贵金属Pt具有良好的氧化特性,它能间接地加速碳颗粒的氧化，通过将尾气中的NO催化氧化成NO2，由于NO2的氧化能力比O2强，因此NO2能加速将碳颗粒氧化成CO和CO2，但是这种连续再生捕集系统(CRT)要求柴油燃料的硫含量较低。Craenenbroeck等发现V基催化剂能够加强柴油机碳颗粒的氧化过程和降低其起始燃烧温度，且V