氨催化氧化催化剂Pt∕CeO2的制备及性能表征.pdf

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1、第32卷第3期2016年6月化学反应工程与工艺ChemicalReactionEngineeringandTechnologyVol32，No3June2016氨催化氧化催化剂Pt／Ce02的制备及性能表征蒲学令，张婷婷，曾娅，袁绍军，蒋炜，梁斌四川大学化工学院，四川成都610065摘要：二氧化铈具有紫外光吸收能力，以其为载体，通过光催化还原沉积可实现贵金属负载。本研究通过光催化还原沉积制备了氨氧化用Pt／Ce02催化剂，利用x射线衍射(xRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、透射电镜(TEM)、BET比表面积、电耦合高频等离子发射光谱(ICP)、X射

2、线光电子能谱(XPS)、NH3一程序升温脱附(NH3一TPD)对样品的物理性质进行了表征，并在04ram×2mm石英反应管中对其氨催化氧化性能进行了评价。结果表明，该法制备的Pt／CeO：催化剂活性组分铂含量仅为O．0797％，在载体表面分散性好；在反应温度800℃，原料中02和NH3比为15的条件下，氨转化率为100％，氮氧化合物收率可达80％。关键词：二氧化铈光催化还原氨氯化铂中图分类号：TQ032．41；0643．3文献标识码：A高温催化氧化氨生成一氧化氮是工业上生产硝酸最重要的一步【1]，工业上多采用铂铑合金网催化剂，氮氧化合物的选择性为94％～98％[2

3、卅。由于贵金属价格不断攀升，使用成本昂贵，且在工业生产条件下铂与氧气反应易生成可挥发氧化铂导致严重铂耗，在硝酸工业中贵金属催化剂使用成本是仅次于原料氨气的第二大原材料费用[5西]，因此降低氨氧化用催化剂成本是硝酸行业的关键问题。目前，降低铂耗成本的方法是寻找替代催化剂、改变铂网编织技术和使用贵金属捕集网[_7。91，然而目前铂催化剂仍是工业氨氧化过程的主要选择，而要提高氨氧化过程经济性，关键在于保持铂催化剂性能同时降低铂用量及铂耗。选择适宜的载体，将活性组分铂负载在载体表面制备成负载型催化剂可有效地降低活性组分铂量。目前，二氧化铈由于具有优异的氧化一还原、储氧和表

4、面酸性等特性在氨气选择性催化还原技术(NH3．SCR)催化剂研究中受到广泛关注[10-12】，同时其优异的储氧放氧能力使其在催化氧化反应如甲烷燃烧㈣、一氧化碳氧化‘14]、甲烷部分氧化‘151等过程中具有广泛应用前景。二氧化铈也是一种性能优异的光催化剂‘16,17】，可有效地实现金属的光催化还原[18】。本研究将二氧化铈作为催化剂用于典型氧化反应氨催化氧化过程，对其性能进行评价；并通过光催化还原的方法，在二氧化铈上负载活性组分铂制备氨氧化用Pt／Ce02复合催化剂，并考察其物性及催化性能，探索合适的反应工艺条件。1实验部分1．1二氧化铈的制备采用溶胶一凝胶法【I9

5、】制备载体二氧化铈。称取1．5g硝酸铈、1．2g尿素和0．6g聚乙烯吡咯烷酮置于盛有40mL去离子水烧杯中，磁力搅拌Ih后向上述溶液加入适量氨水，离心分离，样品在60℃收稿日期：2016．ol一27；修订日期：2016．03．23。作者简介：蒲学令(1989一)，男，硕士研究生；蒋炜(1976一)，男，教授，通讯联系人。E-mail：weijiang@SCU．edu．ca。基金项目：国家自然科学基金(21176157)。化学反应工程与工艺2016年6月下干燥24h，马弗炉中800℃下煅烧3h，即得所需的二氧化铈。研磨后使用标准检验筛筛分，取直径0．15～0．3mm

6、颗粒作为光催化还原载体。1．2Pt／Ce02复合催化剂的制备取一定量二氧化铈颗粒放入容器中，加入浓度0．0047mol／L的氯铂酸钾溶液，向容器中加入少许甲酸作为空穴捕获剂。在500W紫外灯下照射一定时间至黄色二氧化铈颗粒转变为黑色颗粒，过滤，分离的颗粒后在100℃下干燥24h，得复合催化剂xPt—Ce02(x代表光照时间，h)，实验前催化剂在800℃下活化3h。1．3催化剂的表征X射线衍射测试采用x射线衍射仪(X7PertproMPD，Cu靶Ka射线，Ⅺ①)；采用扫描电镜(S．4800，SEM)进行样品的形貌表征；采用X射线能谱(IE250，EDS)对催化剂中的

7、元素进行分析；采用透射电镜(JEM一2100F，TEM)对催化剂微观结构进行表征；采用MicroASAP2460分析仪测定催化剂BET比表面积；采用电耦合高频等离子发射光谱(ICP，VistaAxial)分析仪测定催化剂中的铂含量；元素价态分析采用x射线光电子能谱分析仪测定(XPS，VGESCALABMKII)；NH3一程序升温脱附表征(NH3．TPD)采用(Micro2920)分析仪。1．4催化剂能测试取50mg催化剂装填于04mmx2111111石英反应管。反应气体流量经过流量计控制后进入反应管，反应管采用电热加热(每个测试温度点控制恒温)。反应产物采用气相色

8、谱分析(G