工业催化讲稿XJ-3

1、机动车尾气净化机动车尾气净化排烟脱硫、脱氮排烟脱硫、脱氮催化燃烧催化燃烧CO2和氯氟烃的催化治理和氯氟烃的催化治理清洁燃料和环境友好催化清洁燃料和环境友好催化第一节第一节 机动车尾气净化机动车尾气净化1、汽油机尾气净化技术：、汽油机尾气净化技术：三效催化剂：同时催化转化三效催化剂：同时催化转化CO, HC和和NOx1). 三效催化剂尾气净化原理三效催化剂尾气净化原理NO + CO N2 + CO2NO + H2 N2 + H2OCO + O2 CO2HC + O2 CO2 + H2OCO + H2O CO2 + H21、汽油机尾气净化技术：、汽油机尾气净化技术：三效催化剂：同时催化转化三效催化

2、剂：同时催化转化CO, HC和和NOx2). 三效催化剂组成三效催化剂组成Pd-Rh-Pt/g g-Al2O3/堇青石堇青石(Cordierite:镁铝硅酸盐镁铝硅酸盐)Pd, Pt：CO、HC氧化氧化Rh：NOx还原还原助剂：助剂：CeO2：储氧功能：储氧功能BaO：提高：提高g g-Al2O3热稳定性热稳定性1、汽油机尾气净化技术：、汽油机尾气净化技术：三效催化剂：同时催化转化三效催化剂：同时催化转化CO, HC和和NOx3). 三效催化剂存在的问题三效催化剂存在的问题Pd-Rh-Pt成本高成本高贫燃贫燃 (lean burn)条件：条件：NOx还原效率低还原效率低低温活性差，冷启动过程尾

3、气转化效率低低温活性差，冷启动过程尾气转化效率低2、柴油机尾气净化技术：、柴油机尾气净化技术：特点：氧含量高，特点：氧含量高，NOx含量高含量高 有固液混合颗粒，含硫酸盐有固液混合颗粒，含硫酸盐处理方法：处理方法：催化催化NOx分解：分解： NOx N2 O2注入还原剂注入还原剂(柴油柴油)：耗油增加：耗油增加尚不够成熟尚不够成熟第二节第二节 排烟脱硫、脱氮排烟脱硫、脱氮1、NOx催化消除：催化消除：1). NH3为还原剂：V2O5/TiO2为催化剂4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O6NO2 + 8NH3 7N2 + 12H2O使用条件：使用条件：O2含量含量1300oC)，

4、使N2氧化为NOx催化燃烧：催化燃烧：促进完全燃烧降低燃烧温度减少废气排放催化燃烧催化剂：催化燃烧催化剂：Pd(Pt)/Al2O3CuO, MnOx, CoOx复合氧化物CH4催化燃烧催化燃烧 + CH4重整重整 CH4部分氧化部分氧化CH4 O2 CO2 H2OCH4 CO2 CO H2CH4 H2O CO H2CH4 O2 CO H2CH4催化燃烧：催化燃烧：CombustionDry reformingSteam reformingPartial oxidationLangmuir-Hinshelwood (L-H)机理：双分子机理机理：双分子机理A * A*B * B*A* B*AB*

5、AB*AB *Eley-Rideal(E-R)机理：单分子机理机理：单分子机理A * A*A* B AB*AB*AB *第四节第四节 CO2和氯氟烃催化治理和氯氟烃催化治理1、控制、控制CO2排放引起的温室效应：排放引起的温室效应：减少排放：节能、使用不含碳能源循环利用：植物光合作用2、氯氟烃、氯氟烃化学特性：稳定、无毒、不易燃烧用途：致冷剂、发泡剂、清洗剂危害：破坏臭氧层，造成地面紫外线增加治理：用含氢氟氯烃代替含氢氟氯烃在到达臭氧层之前分解第四节第四节 CO2和氯氟烃催化治理和氯氟烃催化治理2、氯氟烃、氯氟烃氟利昂制冷剂CFC11：CFCl3CFC- 12：CF2Cl2 替代品HCFC12

6、3：CHCl2CF3HFC- 134a：CH2FCF3 破坏臭氧层破坏臭氧层不会破坏臭氧层不会破坏臭氧层含氢氟氯烃在到达臭氧层之前分解含氢氟氯烃在到达臭氧层之前分解CCl4? CCl3123CHCl3? CHCl2C2Cl6C2Cl4? CH2Cl? CH3Hydrocarbons1 2 3 烃 * * * * 四氯化碳加氢脱氯反应路径示意图四氯化碳加氢脱氯反应路径示意图 CCl4治理治理第五节第五节 清洁燃料和环境友好催化清洁燃料和环境友好催化1、清洁汽油：、清洁汽油：烯烃、芳烃：高辛烷值汽油组分，但会造成积碳，尾气中CO、HC、NOx等污染物增加目标：降低烯烃、芳烃含量，避免辛烷值损失途径

7、：选择性裂解使烯烃转化为C3=、C4=；烯烃与醇类醚化；芳烃抽提2、清洁柴油、清洁柴油目标：脱硫、脱芳、减少异构、提高十六烷值工艺：加氢脱硫、加氢裂化3、绿色化学化工及环境友好催化剂、绿色化学化工及环境友好催化剂 清洁生产的要求清洁生产的要求 清洁生产工艺清洁生产工艺 无毒无害中间产品；无废少废工艺；物料内部无毒无害中间产品；无废少废工艺；物料内部循环循环 清洁产品清洁产品 不破坏环境；不危害人体健康；便于回收、再生不破坏环境；不危害人体健康；便于回收、再生 清洁能源清洁能源例例:CH3-CH=CH2 + H2O2 CH3-CH-CH2TS-1O化学组成与物相结构化学组成与物相结构比表面与孔结

8、构比表面与孔结构活性表面与分散度活性表面与分散度表面组成与表面结构表面组成与表面结构酸碱性酸碱性氧化还原性氧化还原性1、催化剂表征的内容和方法、催化剂表征的内容和方法体相组成：XRF; AAS 物相性质：XRD; TEM; DTA; TG表面组成：XPS; AES比表面：BET晶粒尺寸： SEM; TEM; TPR各组分分布：TEM表面结构：LEED孔隙率：Physisorption分散度：Chemisorption; XRD; TEM配位、价态：IR；NMR；EPS；UV-vis电子能级：XPS酸碱性：IR; Chemisorption表面活性反应性能：TPD; TPSRAAS: Atomi

9、c Absorption SpectroscopyAES: Auger Electron Spectroscopy 俄歇电子谱俄歇电子谱DTA: Differential Thermal AnalysisEPR (ESR): Electron Paramagnetic Resonance 电子自旋共振电子自旋共振IR: Infrared SpectroscopyLEED: Low-energy electron diffractionSEM: Scanning electron microscopyTEM: Transmission electron microscopyTG: Thermog

10、ravimetric method 热重热重TPD: Temperatrue-programmed desorptionTPR: Temperatrue-programmed reductionTPSR: Temperatrue-programmed surface reactionXRF: X-ray fluorescence spectroscopyXPS: X-ray photoelectron spectroscopyXRD: X-ray diffraction2、体相组成与结构、体相组成与结构体相组成：体相组成：XRF、AAS物相分析：物相分析：XRD：晶体结构：晶体结构DTA：记录

11、样品与参比物温差随温度变：记录样品与参比物温差随温度变 化曲线，化曲线，吸热为负峰，放热为正峰吸热为负峰，放热为正峰TG：样品质量随温度变化曲线：样品质量随温度变化曲线3、比表面与孔结构、比表面与孔结构BET压汞法压汞法4、活性表面、分散度、活性表面、分散度XRD、Chemisorption、TEM5、表面组成与表面结构、表面组成与表面结构H2O2滴定：滴定：H2吸附饱和后用吸附饱和后用O2滴定或滴定或O2吸吸附饱和后用附饱和后用H2滴定滴定XPS：表面组成：表面组成LEED：表面结构排列：表面结构排列6、酸碱性、酸碱性TPDIR7、氧化还原性、氧化还原性TPRTPOTPSR：表面吸附物种与载

12、气中反应物发生反应并脱附：表面吸附物种与载气中反应物发生反应并脱附 每种晶体都有它自己的晶面间距d，而且其中原子按照一定的方式排布着。这反映在衍射图上各种晶体的谱线有它自己特定的位置、数目和强度I。因此，只须将未知样品衍射图中各谱线测定的角度及强度I去和已知样品所得的谱线进行比较就可以达到物相分析的目的。例：例：XRD物相分析物相分析020406080 : AgO5002hHe5002hHe7002hO7002h16%Ag/SiO2Intensity / a. u.2 / o不同温度焙烧的不同温度焙烧的Ag/SiO2催化剂催化剂XRD谱谱1.浸渍法制备2.16%Ag/SiO2XRD物相分析物相

13、分析He500O500He700O700不同温度焙烧的不同温度焙烧的Ag/SiO2催化剂催化剂TEMXRD测定平均晶粒度的测定测定平均晶粒度的测定Scherrer方程：注意：1.为半峰宽度，即衍射强度为极大值一半处的宽度，单位以弧度表示；2. Dhkl只代表晶面法线方向的晶粒大小，与其他方向的晶粒大小无关；3. k为形状因子，对球状粒子k=1.075，立方晶体k=0.9，一般要求不高时就取k=1。4.测定范围3200nm。DdhklhklkDcos例：镍催化剂晶粒大小的测定例：镍催化剂晶粒大小的测定1/2=202(0)镍催化剂的镍催化剂的(111)峰峰 (Cu靶靶) 由镍催化剂衍射图可以求出其

14、垂直于(111)面的平均晶粒大小，即nmD3 . 4)2/44cos(21542. 09 . 0cos9 . 036022/1111hklhklkDcos例：例：SEM测定晶粒大小蜂窝陶瓷表面生长纳米碳纤维测定晶粒大小蜂窝陶瓷表面生长纳米碳纤维X3000例：例：SEM测定晶粒大小蜂窝陶瓷表面生长纳米碳纤维测定晶粒大小蜂窝陶瓷表面生长纳米碳纤维X25000例：例：TG-DTG测定测定Cu/Al2O3催化剂还原温度和催化剂还原温度和Cu含量含量温度温度/oC质量质量减少减少dm/dtCuO/Al2O3于于H2气下的还原气下的还原TG-DTG曲线曲线30-192oC为脱水峰为脱水峰192-262oC为为CuO还原峰还原峰根据还原过程失重根据还原过程失重可计算出催化剂可计算出催化剂Cu含量含量TPD, after NO2 adsorption at 120 C, over 0.2% Pd/SiO210% O2/HeHein He:NO2 + 2Pd NO-Pd + O-Pd例：例：TPD测定测定NO2在在Pd表面吸附表面吸附in O2:NO2 Pd-ONO2-Pd-O例：例：IR表征催化剂酸类型表征催化剂酸类型FTIR spectra for NH3 adsorption at room temperature on unreduced (a) and r