Učinak različitih metoda taloženja potpomognutih alkalijama na trajnost trosmjernih katalizatora

Kontaktirajte oscar.xiao@wecistanche.com za više informacija

Sažetak:Tretman starenja uvijek dovodi do ozbiljne deaktivacije trosmjernih katalizatora (TWC), tako da je poboljšanje trajnosti jedan od ciljeva dizajna TWC-a. U ovom su radu Pt/Ceo aZrosLao.osPro.osO2(Pt/CZ)TWCs pripremljeni dvjema različitim metodama taloženja potpomognutim alkalijama, ureom ili amonijakom. Analizirani su učinci različitih lužina na fizikalno-kemijska svojstva, katalitičku aktivnost i trajnost. Utvrđeno je da je Pt/CZ katalizator pripremljen metodom taloženja potpomognutom ureom (UDP) imao slabu otpornost na starenje, ali je Pt/CZ katalizator pripremljen uz pomoć amonijaka (ADP) pokazao bolju sposobnost protiv starenja. Na temelju rezultata XRD, adsorpcije CO, XPS i Hz-TPR, relativno veća veličina čestica vrsta Pt i jača interakcija za ADP otežavaju zajedničko sinteriranje tijekom tretmana starenjem, što je povoljno za održavanje katalitičke aktivnosti. Stoga ADP katalizator pokazuje svijetlu budućnost za industrijalizaciju.

Ključne riječi:trosmjerni katalizatori; taloženje taloženja; uz pomoć lužine; izdržljivost

Trosmjerni katalizatori (TWC) jedni su od najvažnijih katalizatora u pročišćavanju ispušnih plinova iz vozila s benzinskim pogonom 12l, koji mogu učinkovito pretvoriti opasni ugljični monoksid (CO), dušikove okside (NO.), ugljikovodike (HC) u bezopasni ugljikov dioksid (CO2), voda (HO) i dušik (N2) istovremeno34l. Međutim, starenje je glavni uzrok deaktivacije katalizatora zbog ozbiljnog utjecaja na strukturna i teksturna svojstva, disperziju metala, kapacitet skladištenja kisika (OSC) i redoks sposobnost5-61.cistanche wirkungPotrebno je dizajnirati TWC s visokom stabilnošću kako bi se zadovoljili sve veći zahtjevi trajnosti7-81 Istraživači su obavili mnogo posla na poboljšanju toplinske stabilnosti TWC-a[9-10], potiskujući faznu transformaciju i sprječavajući sinteriranje aktivnih plemeniti metal. Bez obzira na strategiju, tipična formulacija TWC-a je nepromijenjena zbog njihove poželjne otpornosti na trovanje i veće toplinske stabilnosti[10-l1]. Općenito, promjena metode pripreme jednostavan je i lagan put za poboljšanje trajnosti TWC-a [12-13],

Kliknite ovdje da saznate više

Metoda taloženja taloženjem jedna je od glavnih metoda pripreme industrijskih katalizatora, koja se provodi u prisutnosti postojećeg nosača, a otopina prekursora obično tvori metalne hidrokside ubrizgavanjem sredstva za taloženje14]. Thomas, et al. [15] koristili su metodu taloženja za pripremu Co/TiO2 katalizatora korištenjem hidrolize uree ili isparavanja amonijaka. Moreau, et al. [16] pripremili su Au/TiO2 katalizator metodom taloženja taloženjem s NaOH kao sredstvom za taloženje. Metoda precipitacije taloženjem naširoko se koristi u pripremi katalizatora, ali se rijetko koristi u pripremi TWC-ova plemenitih metala. Stoga je vrijedno proučiti metodu taloženja za pripremu TWC-a.

U ovom smo radu pripremili platinske (Pt/CZ) katalizatore na cerij-cirkonijevoj podlozi s različitim metodama taloženja potpomognutim alkalijama, te Pt/CZ katalizator pripremljen metodom impregnacije kao referentni katalizator. Istraživan je učinak različitih metoda taloženja potpomognutih alkalijama na stabilnost TWC-a.

Eksperimentalno 1

1.1 Priprema katalizatora

Prekursor metala bila je vodena otopina H-PtCl6(0.10 g/mL), a sadržaj punjenja Pt bio je lwt posto. Noseći materijal, miješani oksid CeO-ZrO-La-O3-Pr2O5 (maseni omjer 40/50/5/5,CZ) isporučila je tvrtka Rhodia. Referentna vrijednost Pt/CZ pripremljena je tradicionalnom metodom impregnacije (IM). Katalizator pripremljen metodom taloženja-taloženja uz pomoć uree (molarni omjer uree/Pt=50) označen je kao UDP. Drugi katalizator pripremljen metodom taloženja-taloženja uz pomoć amonijaka pri pH =9 označen je kao ADP. Svi uzorci su sušeni u pećnici na 90 stupnjeva 1 dan i kalcinirani na 550 stupnjeva 3 sata na zraku. Pripremljeni prahovi posuti su na kordierit kako bi se dobio monolitni katalizator s kapacitetom punjenja od (160±5)g/L.citrusni bioflavonoidiNakon toga su monolitni katalizatori kalcinirani na 550 stupnjeva 3 sata na zraku kako bi se dobili svježi katalizatori. Svježi katalizatori su hidrotermalno obrađeni u 10 vol posto H2O/zrak na 750 stupnjeva tijekom 13 sati da se dobiju ostarjeli katalizatori, koji su označeni kao IM-a, UDP-a i ADP-a.

Cistanche može spriječiti starenje

1.2 Karakterizacija katalizatora

Teksturna svojstva katalizatora dobivena su Quantachrome automatiziranim analizatorom površine i veličine pora (Autosorb SI). Obrasci rendgenske difrakcije praha (XRD) snimljeni su na Philips Company (PW 1730). Disperzija Pt vrsta provedena je na CO impulsnoj adsorpciji i Fourier transform infracrvenom spektrometru (FT-IR, Thermo Nicolet 6700). Eksperimenti rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) provedeni su na elektronskom spektrometru (XSAM-800). Programirana redukcija temperature vodika (Hz-TPR) provedena je u cjevastom kvarcnom mikroreaktoru i zabilježena detektorom toplinske vodljivosti (TCD).

1.3 Testovi aktivnosti

Katalitički učinak procijenjen je korištenjem reaktora s fiksnim slojem kontinuiranog protoka prolaskom kroz simuliranu smjesu ispušnih plinova benzinskog motora, koja se sastojala od CO(4600×10-6),CGH6(220×{ {5}}),C,Hs (110x10~3),Hz(1533×10~),NO(1250×10~0),CO2(10 posto), H2O(10 posto), O2(3600×{{ 20}}) i Nz (balansni plin). Satna prostorna brzina plina (GHSV) kontrolirana je na 5×10 plus h'.

2 Rezultati i rasprava

2.1 Karakterizacija teksture i strukture

Teksturni parametri nosača i katalizatora navedeni su u tablici 1. Može se vidjeti da su specifična površina i volumen pora uzoraka međusobno slični. Međutim, prosječni radijusi pora UDP-a i ADP-a manji su od onih za IM-a. To se može pripisati činjenici da će vrste Pt vjerojatnije ući u male pore potpore u pripremi UDP i ADP. Prisutnost Pt u malim porama pogoduje održavanju pora u procesu starenja7].

The X-ray diffraction patterns and relative intensity of Pt (111) are shown in Fig.1.It is observed from Fig.1(a)that the diffraction peaks of all samples are characteristic of cubic CeOz-ZrOz (CZ) phase 8. There are no peaks of Pt or PtO, in IM and UDP, which may be attributed to the good dispersion of Pt species on support. However, it is clear to find out that the diffraction peaks of Pt in ADP, confirming the existence of larger Pt particles in ADP. After aging, the peaks identified as Pt phase are observed for all samples due to the agglomeration of noble metal. The relative intensity of Pt (111) peak of these catalysts are shown in Fig. 1(b). The order of diffraction peak intensity can be recorded as UDP-a>IM-a>ADP-a. To ukazuje da su čestice Pt najmanje u ADP-a.

2.2 Rezultati kemosorpcije CO

The dispersion of Pt species was evaluated by CO pulse adsorption method, and the obtained results are depicted in Fig. 2(a). The dispersion of Pt species for fresh samples follow the order of UDP>IM>ADP koji se podudara s rezultatima XRD. Za stare uzorke, disperzija Pt vrsta naglo opada zahvaljujući agregaciji čestica plemenitih metala.

The CO adsorption experiment was also performed on FT-IR equipment and the obtained CO-FTIR spectrum were presented in Fig. 2(b, c). The IR band exhibited in figures are assigned to CO species linearly adsorbed on Pt [19] For the fresh samples, the intensity of band decreased with an order of IM ≈ UDP>ADP, koji donekle odražava disperziju vrsta Ptl201. Što se tiče starih uzoraka, u usporedbi sa svježim uzorcima, jakost trake UDP-a znatno se smanjuje, dok se ona uzoraka ADP-a neznatno smanjuje, što ukazuje da ADP posjeduje dobru hidrotermalnu stabilnost. To je u skladu s rezultatima XRD analize.

2.3 XPS analiza

Eksperiment rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) izveden je kako bi se pojasnila površinska elementarna stanja uzoraka. Relativne količine Ce, O i Pt navedene su u Tablici 2, a dobiveni spektri Ols, Ce3d i Pt4f ilustrirani su na Sl. 3. Spektri Ols (Sl. 3(a, d)) sastoje se od dva karakteristični vrhovi s odgovarajućim vrijednostima energije vezanja (BE) od 529,2 i 531,2 eV. Jedan na 529,2 eV označen je kao rešetkasti kisik (Olat), a drugi na 531,2 eV pripisan je površinski adsorbiranom kisiku (Oats)21l. Spektri Ce3d (Slika 3(b,e)) su dekonvoluirani u osam vrhova koji odgovaraju na četiri para spin-orbitalnih dubleta. Vrhovi označeni kao v, v", v"" i u, u", u"" dodijeljeni su Ce4", a dodatni dublet (v', u') proizlazi iz Ce3 ​​plus vrstel201.cynomorium koristiZa XPS spektre Pt4f(c,f), vrhunac pri 70,7 eV pripisuje se stupnju Pt, a vrh pri 72,4 eV pripisuje se PtO. Štoviše, vrhovi koji se nalaze na 74,0 eV pripisuju se PtO,I221.

As shown in Fig. 3(a, d), Oads and Olatt exist in all samples. The ratio of Oad/O for fresh samples is in the sequence of UDP>IM>ADP, but the aged samples exhibit a different sequence with an order of UDP-a >ADP-a>IM-a. Uočeno je blago smanjenje Oads za IM i UDP, ali blago povećanje za ADP. Kao što je dobro poznato, više Oads može poboljšati katalitičku aktivnost u atmosferi ispušnih plinova vozila.

Ce³ plus i Ce4 plus koegzistiraju na površini. Analiza relativnog omjera Ce** otkriva da se zamjetan pad omjera Ce³'/Ce javlja nakon starenja u slučaju UDP, blagi pad za IM-a, dok blagi porast za ADP-a. Trend promjena u skladu je s trendom Oads-a. Budući da postojanje Ce³* ima važan utjecaj na slobodno mjesto kisika što je pogodno za adsorpciju više kisika iz plina l23]. Stoga se prazna mjesta kisika u ADP-u dobro održavaju tijekom tretmana hidrotermalnim starenjem, što je povoljno za zadržavanje redoks svojstava kao i katalitičke performanse.

Regarding Pt species, it is easy to detect that platinum species mainly exist in oxide state for the existence of Pt-O-Ce interaction as well240.It can be detected Table 2 that the value of Pt**/Pt follow the order of ADP>UDP>IM. ADP ima najveći omjer Pt*/Pt što se može objasniti jačom interakcijom između Pt i potpore. Jača interakcija dovodi do održavanja vrsta Pt u stabilnijem stanju. Nakon starenja, površinska koncentracija Pt donekle se smanjuje. Vrste platine uglavnom postoje kao Pt2* i PtP da PtO? razgrađuju se na Pt metal pod uvjetima oksidacije na iznad 600 stupnjeva B! Ono što treba spomenuti je da UDP-a ima veći relativni postotak Pt", što sugerira da je stabilnost UDP-a loša. Međutim, ADP-a ima relativno viši omjer Pt2*, što također dokazuje da ADP ima bolji sposobnost otpornosti na hidrotermalni tretman.

Zaključno, iz analize XPS podataka, ADP pripremljen metodom taloženja potpomognutog amonijakom ima jaču interakciju metala i nosača kako bi se odupro tretmanu starenja.

2.4 H2-TPR studije

Hz-TPR profili prikazani su na slici 4. Uočeno je da IM ima dva vrha smanjenja. Jedan vrhunac na 198 stupnjeva pripisuje se redukciji PtO i Ce vrsta koje učinkovito potiču plemeniti metali za učinak prelijevanja125]. Drugi vrh na 380 stupnjeva pripisuje se smanjenju vrlo niskog postotka površinskog neaktiviranog kisika. UDP također ima dva vrhunca redukcije. Prvi vrh na 174 stupnja niži je od onog kod IM, što implicira da UDP ima bolju reduktivnost od IM zbog bolje disperzije vrsta Pt. Treba obratiti pozornost na ADP. U rasponu niskih temperatura, ADP ima glavni redukcijski vrh i dva ramena vrha s odgovarajućom temperaturom na 106, 150 i 174 stupnja. Kombinirajući gornju analizu, niža temperatura redukcije može se pripisati jačoj interakciji u ADP-u. Osim toga, tri vrha redukcije mogu se pripisati redukciji PtO, vrsta i Ce vrsta s različitim stupnjem interakcije. To se može objasniti kao posljedica postojanja malih i velikih čestica u ADP-u.pustinjski zumbulRazlog za manje područje vrhunca redukcije je taj što velike čestice Pt imaju slabiji promotivni učinak na nosač.

Nakon tretmana hidrotermalnim starenjem, vrhovi redukcije za ostarjele katalizatore pomiču se na višu temperaturu zbog sinteriranja i aglomeracije aktivnih komponenti. Treba napomenuti da se temperatura glavnog redukcijskog vrha UDP-a pomiče sa 174 stupnja na 202 stupnja, dok se temperatura ADP-a pomiče samo sa 150 stupnjeva na 164 stupnja. Rezultat sugerira da je ADP prošao manje sinteriranje i da su redoks svojstva dobro održana, što je dokazalo bolju hidrotermalnu stabilnost u slučaju ADP.

2.5 Katalitički učinak

Krivulje konverzije CO, NO, C3Hs i C3H6 za sve serije uzoraka prikazane su na slici 5. Za svježe katalizatore, UDP pokazuje bolju aktivnost konverzije CO od referentnog uzorka IM zbog veće disperzije vrsta Pt i većeg sadržaja Oas. ADP pokazuje lošiju katalitičku aktivnost za sva onečišćenja zbog lošije disperzije Pt vrsta.

As for the aged samples, the catalytic activities are in the sequence of ADP-a>IM-a>UDP-a. Rezultati aktivnosti pokazuju suprotan slijed sa svježim uzorcima. Kako bismo pažljivo usporedili trajnost, temperatura gašenja (Tso, temperatura pri kojoj je onečišćenje postiglo 50-postotnu konverziju) i △T (definiran kao To starih uzoraka-Tso svježih uzoraka) sažeti su u tablici 3. △T je važan parametar za procjenu stabilnosti TWC-a. To UDP-a pomiče se na višu temperaturu s △T od 87 stupnjeva za CO, 54 stupnja za NO, 55 stupnjeva za C3Hg i 59 stupnjeva za C3H6.metoda ekstrakcije flavonoida pdfTo se može pripisati činjenici da se manje čestice lako aglomeriraju zajedno, što dovodi do oštrog pada disperzije Pt vrsta i katalitičke aktivnosti. Slična situacija je također pronađena u IM-a, gdje To ima porast od 41, 44, 43,44 stupnja respektivno. Dok je △T Tso u odnosu na ADP 16 stupnjeva za CO, 17 stupnjeva za NO, 22 stupnja za C, Hand 18 stupnjeva za C3H6. Ovo ukazuje da ADP ima bolju sposobnost održavanja katalitičke aktivnosti protiv hidrotermalne obrade. ADP posjeduje veće Pt čestice i jaču interakciju u biti, što je povoljno za povećanje katalitičke stabilnosti.

3 Zaključci

Pripremili smo Pt/CZ katalizatore pomoću dvije različite metode taloženja potpomognute alkalijama. Istraživani su učinci dviju različitih lužina na fizikalno-kemijska svojstva, katalitičku aktivnost i trajnost katalizatora.

Neki važni rezultati i zaključci prikazani su kako slijedi: (1) UDP je pokazao slabu otpornost na starenje i katalitička aktivnost se ozbiljno smanjila nakon tretmana hidrotermalnim starenjem. (2) ADP je pokazao dobru sposobnost protiv starenja, s malom promjenom fizikalno-kemijskih svojstava i katalitičke aktivnosti nakon starenja. (3) Različite metode taloženja potpomognute alkalijama imaju važan utjecaj na početnu veličinu čestica Pt i interakciju u katalizatoru, što rezultira velikom razlikom u trajnosti.

Ovaj je članak izvađen iz Journal of Anorganic Materials lipnja 2021