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题名	钴尖晶石复合氧化物催化N2O分解研究
作者	薛莉
学位类别	博士
答辩日期	2007-06-01
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	贺泓
关键词	氧化亚氮 催化分解 钴铈复合氧化物 氧化还原性能 碱金属 Nitrous oxide Catalytic decomposition Cobalt-cerium composite oxide redox property Alkali metal
其他题名	Catalytic decomposition of N2O over cobalt spinel composite oxide
学位专业	环境科学
中文摘要	氧化亚氮（N2O）是一种重要的温室气体，也是平流层中NOx 的主要来源，而NOx 在大气臭氧层耗损中起到重要作用。工业革命以来，由于人类活动造成的N2O 排放迅猛增加，导致大气中N2O 的浓度以0.2~0.3%的速度逐年递增。为了控制化工生产尾气中N2O 的排放，近十年来N2O 催化分解反应得到了广泛研究。本论文以钴尖晶石复合氧化物催化剂为主要研究对象，以催化反应活性评价、X 射线衍射（XRD）、比表面积（BET）、X 光电子能谱（XPS）、X 射线荧光光谱（XRF）、氧气程序升温脱附（O2-TPD）、氢气程序升温还原（H2-TPR）及原位红外（in situ DRIFTS）等为研究手段，对助剂、制备方法等影响催化剂催化N2O 分解活性的因素进行了系统研究，从中发现了催化活性与活性位（Co2+）之间的关系。 采用共沉淀法制备了一系列Co-M (M = La, Ce, Cu, Cr, Mn, Fe)复合氧化物催化剂，并考察了其催化N2O 分解的活性。实验结果发现，Ce/Co 摩尔比为0.05的Co-Ce 复合氧化物催化剂（CoCe0.05）具有最高的催化N2O 分解活性。通过对比分析Co-M复合氧化物催化剂活性评价结果和O2-TPD、H2-TPR 等表征结果，发现Co2+/Co3+的氧化还原能力是影响催化剂活性的主要因素。在N2O 催化分解反应中，N－O 键的弱化和断裂是通过Co2+向其反键轨道提供电子实现的，而分解产生的吸附氧物种的脱附过程是电子返还给活性位的过程，即活性位再生过程。助剂M 通过与钴氧化物之间的相互作用改变了Co2+/Co3+的氧化还原性质，并因此改变了催化剂的活性。除此以外，比表面积也是影响催化活性的重要因素。具有最高Co2+/Co3+氧化还原能力和较大比表面积的CoCe0.05 催化剂表现出对气体空速和反应气氛良好的适应性。可以在280 ºC、W/F= 0.2 g s cm-3 条件下，实现对1000 ppm N2O 的完全消除。在实验室100 小时催化性能考察中，CoCe0.05催化剂表现出很好的稳定性。 在 CoCe0.05 催化剂上展开了制备方法的影响研究。研究结果发现，制备方法不仅影响到催化剂的比表面积、结晶程度等结构性质，而且会影响催化剂活性位的氧化还原性质，进而影响到催化活性。与不含K 的催化剂相比，残留有少量K 的催化剂具有更高的Co2+/Co3+的氧化还原能力和更好的催化活性。K 可能通过其电子效应提高了催化剂中Co2+/Co3+的氧化还原能力。因此，以K2CO3 为沉淀剂，采用共沉淀法制备的CoCe0.05 催化剂由于含有一定量残留K，而且具有最大的比表面积，表现出最佳的催化活性。对该方法制备的CoCe0.05 催化剂催化N2O 分解反应的动力学初步研究表明，该分解反应主要分两步进行：N2O的表面分解步骤和吸附氧的脱附步骤，其中吸附氧的脱附按照L-H 机理进行。 在上述研究的基础上，进一步展开了添加碱金属对CoCe0.05 催化剂催化活性的影响研究。实验发现，适量碱金属的添加并没有明显影响催化剂的比表面积、晶体结构以及表面碱性，但却显著提高了催化剂Co2+/Co3+的氧化还原能力，其促进效果与碱金属的给电子能力成正比。碱金属对CoCe0.05 催化剂催化活性的提高遵循下列顺序：Li < Na < K < Rb < Cs。该实验结果证实了电子效应是碱金属提高钴铈复合氧化物催化剂活性的主要原因。
语种	中文
学科主题	环境化学
公开日期	2011-08-18
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/639]
专题	生态环境研究中心_大气环境科学实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	薛莉. 钴尖晶石复合氧化物催化N2O分解研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2007.

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