本科畢業設計（**）文獻綜述
（2014屆）
題目： 整體結構型催化燃燒催化劑的製備及其效能研究
學生姓名
學號 201001390416
指導教師***
專業班級化學工程與工藝2010（2）班
所在學院化學工程與材料學院
提交日期 2023年2月
隨著科學技術的迅猛發展，工業化程序穩步加快，汽車尾氣排放日益嚴重，大氣中排放的揮發性有機化合物(vocs)日益增多。目前vocs的汙染問題受到各國的高度重視，我國已頒布了《大氣汙染物綜合排放標準》，制定了各類有機汙染物（烴類、芳香烴、鹵代烴、含氧烴等）在空氣中嚴格的排放標。在石油化工、製藥、印刷、噴漆、機動車、製鞋等行業排放的廢氣中，都含有發性有機廢氣(vocs)，這些揮發性有機廢氣會引起光化學煙霧從而破壞地球生態環境和損害人類身體健康，對人類健康造成很大威脅。
揮發性有機化合物是室內常見的空氣汙染物，其毒性能引起呼吸系統、中樞神經系統、生殖系統、迴圈系統和免疫系統功能異常，有致癌作用，是引起人們患建築物綜合症(sick building syndrome)和建築物關聯症(building related illness)等疾病的主要原因。
表1 vocs氣體組分種類
國內外vocs汙染控制方法目前主要有吸附法、吸收法、生物處理技術、膜分離技術、直接燃燒法、催化燃燒法等，其中，催化燃燒法是一種高效清潔燃燒技術，主要利用催化劑使有機廢氣在較低的溫度條件下充分燃燒。
催化燃燒主要利用催化劑使有機廢氣在較低的溫度條件下充分燃燒，是典型的氣一固相催化反應。相對其他處理技術，催化燃燒具有以下優點：
1）起燃溫度低，催化燃燒一般可使反應溫度下降300一600℃，大部分烴類
和co在300一450℃之間即可氧化，能耗少；
2）催化燃燒是無火焰燃燒，比較安全；
3）處理效率高，催化燃燒法治理有機廢氣的淨化率一般在95%以上；
4）生成氮氧化物很少，幾乎沒有二次汙染；
5）碳氫化合物濃度不會影響催化燃燒；
6）催化燃燒可以處理成分複雜、濃度範圍廣的各種有機廢氣的處理；
7）裝置較簡單，耗能少，見效比較快；
催化燃燒有以上諸多優點和應用前景，因此其實目前最有前景的vocs處理方法，因此最重要的是開發高效、高穩定性的催化燃燒催化劑。這類催化材料一般是整體結構型催化劑，這類催化劑改善了催化反應床層上的物質傳遞，提高了催化效率，減少了操作費用，降低了壓力降，在石油化工、精細化工等多相催化反應中得到越來越廣泛的應用。
催化燃燒技術不僅提高了燃燒效率，節約了燃燒能耗，而且從本質上改善了燃燒條件，大大降低了汙染物的產生，不會造成汙染，，從而實現了節能與環保的協調統一。
***催化劑和金屬氧化物催化劑是催化燃燒vocs所用的2大類催化劑。pt，pd等***催化劑由於起燃溫度較低而選擇性較高，但是由於其儲量稀少、**昂貴而催化劑價效比低。該類催化劑一般為整體式催化劑，其主要由活性組分、塗層、分散擔體和骨架載體四部分構成，一般蜂窩陶瓷等作為規整基體，以al2o3為塗層，採用浸漬法，溶膠法和化學鍍法等方法製備。
顆粒式催化劑無論體積和重量都明顯的大於整體式催化劑，顆粒式催化劑容易磨碎破裂，使系統壓力降增大。整體式催化劑與傳統粒狀催化劑相比，有點如下:
(1)傳熱系數好，耐熱衝擊、熱應力高、熔點高等；
(2)傳質快；
(3)壓力降低，減少床層過熱點的產生；
(4)有較大幾何表面積，擴散距離短，有利於反應物進出和生成物排出。
整體結構型催化劑因有以上有點而被用於汽車尾氣處理、煙道氣淨化等高溫催化燃燒的理想催化劑。該類催化劑一般以基體作為第一載體，基體表面通過塗覆塗層作為第二載體，然後負載pt、pd和ru等活性組分熬過程來製備。
本文旨在討論整體結構型催化燃燒催化劑的製備方法，介紹第一載體，塗層以及各種不同催化活性中心體制備的整體式催化劑以及這些催化劑的製備方法以及催化效能，論述不同活性中心體的優缺點。
活性組分在整體式催化劑中起到至關重要的作用，是處理vocs汙染的關鍵因素，對此的研究也尤為熱門，其效能直接決定著催化效果。活性組分有兩類：一類是責金屬，如鉑、鈀、銣等；另一類是非***，如銅、鉻、錳等。
下面將介紹其中幾種活性中心體的優缺點以及制得整體結構型催化劑的方法。
2.1.1 ***
在整體結構型催化劑中，***的應用較為廣泛的活性組分。有關***催化燃燒催化劑的研究中，一般著重側重於催化載體的製備，有效提高***在載體上的分散狀態，這種有效地分散狀態通過製備技術得到，從而提高負載催化劑的催化燃燒效能。***在氧化反應中的活性順序通常為ru李永峰等在pd基無塗層整體式催化劑上甲苯催化燃燒淨化研究中，採用化學鍍法，利用鍍液中的還原劑使***pd離子在堇青石表面還原通過自催化作用進行金屬沉積制，備了pd基無塗層整體式催化劑pd／eord，得到的鍍層厚度均勻、負載牢固。
其優點是避開了pd***與堇青石蜂窩陶瓷膨脹係數不同，堇青石蜂窩陶瓷不能均勻牢固地負載pd***的缺點，且鍍層均勻、緻密。鍍層厚度容易控制，特別適於具有內孔、細小孔、盲孔等的載體，只要鍍液能夠達到的部位，皆能獲得均勻的塗覆層。但是化學鍍法也有其缺點，化學鍍法要求鈀金屬濃度很大，且對基體形狀要求比較苛刻，成本比較大。
而tatiana yuzhakova製備了ptpd- ceo2/γ-al2o3催化劑，則採用浸漬法，他們的做法是在浸漬前，要將γ-al2o3在550℃的條件下進行13小時的熱處理，將經過熱處理後的氧化鋁載體放在含硝酸鋁，硝酸鈰，硝酸鈀和鉑的氯化物的溶液中浸漬一段時間後，以550℃的溫度煅燒一夜。他們將經過熱處理的γ-al2o3和未經熱處理的γ-al2o3進行了比較，發現經過處理的γ-al2o3平均直徑變小，煅燒過程使樣品的形貌變好，煅燒增加氧化鋁孔徑，這些孔可能消除大部分氣體擴散的抑制效果，從而增加了催化劑催化活性。
***作為整體結構型催化劑的活性中心體，雖然催化活性高，但也有一些缺點（如儲量稀少、**昂貴）而催化劑價效比低。性對於***，非***催化劑的缺點是起燃溫度高、熱穩定性不好、在潮濕環境下容易失活，因此對非***這些方面的研究都是重點。mn、cu、co、fe等過渡金屬以及其氧化物催化劑**低廉、有較高的熱穩定性和較好的抗毒效能，因此近年來人們對這些過渡金屬及其氧化物研究比較多。
在催化燃燒領域中，非***催化劑不僅具有原料豐富、**低廉等優點，同時非***氧化物催化劑具有多種價態，容易形成氧化還原迴圈。非***催化劑大致可分為：單金屬氧化物、復合金屬氧化物以及鈣鈦礦型金屬氧化物等。
單一過度金屬氧化物因為催化效能不佳，在整體結構型催化劑中應用比較少，下面將介紹復合金屬氧化物和鈣鈦礦型金屬氧化物在整體結構型催化劑中的應用。
2.1.2.1 復合金屬氧化物
除了單組份***或非***外，復合金屬在整體結構型催化劑中應用也比較多，復合金屬氧化物之間由於存在結構或電子調製等相互作用，其催化活性一般比相應的單一金屬和金屬氧化物的活性高。***，非***，以及其氧化物組分以合適的比率緊密均勻地混合在一起，作為活性中心體可以製備良好活性和穩定性的整體結構型催化劑。
李俊凱等人採用浸漬法製備mn摻雜的cu—co整體催化劑，以ceo2 和zr0.5 ti0.5 為復合塗層製備mn摻雜的cu—co整體催化劑，並以醋酸甲酯催化燃燒為探針反應，塗層中ceo2與zr0.
5 ti0.5 質量比為2：1，mn摻雜量為6％ ，n(mn)：
n(cu)：n(co)=2．2：1：
2，焙燒溫度為500℃ 。當醋酸甲酯質量濃度為9 g／m3 和質量空速為12 l／(g·h)時，醋酸甲酯的反應溫度為256 ℃，轉化率可達到90％ 。
2.1.2 .2 鈣鈦礦型金屬氧化物
稀土與過渡金屬氧化物在一定條件下可以形成具有天然鈣鈦礦型的復合氧化物，這種復合氧化物稱為鈣鈦礦型復氧化物。因為鈣鈦礦型催化劑具有很強的催化氧化能力，所以目前國內外對其研究比較多。鈣鈦礦型催化劑具有abo3的結構，a多為la等稀土金屬，b多為fe、co、mn等過渡金屬，由於a和b一般可以部分被取代，所以這樣鈣鈦礦型催化劑的數量很多。
用傳統的制各方法製備鈣鈦礦催化劑需要較長的時間，而且需要高溫處理，故有著良好的熱穩定性，常用於高溫催化燃燒。但是，高溫處理使得這類催化劑比表面積減小，活性較差。所以一般將將鈣鈦礦型催化劑分散在a1203等高比表面的載體上來提高其催化劑效能。
研究發現，將以la/γ-al2o3為載體的催化劑塗覆在堇青石，然後塗覆鈣鈦礦型金屬氧化物製成整體式催化劑後，整體式催化劑上活性相得到了更好的分散，活性及熱穩定性都比顆粒狀催化劑要好。
開題報告與文獻綜述
文獻綜述作用，在講文獻綜述加以歸納的基礎上，將自己的 主題進行扼要總結，最好能提出自己的見解 即你的 的創新點 注意 文獻綜述的引用學術觀點的表達方式。例如 張三在 一文分析了 提出 觀點 李四 2006 認為 王五 2009 研究了 問題 這些與列在後面參考文獻對應可查閱 指出前人的研究有那些缺憾...
開題報告 文獻綜述 格式
碩士學位 開題報告 選題名稱基於城市建設和諧發展的樓宇外牆清洗裝置設計研究 學號 2120102053 姓名 田聰 導師 姜冰 研究方向 工業設計 二級學科 設計藝術學 美術學 一級學科 藝術學 學院 設計與藝術學院 2011年 10月 10日 填表說明 1 只有學籍狀態為註冊或懸置的研究生才允許開...
開題報告 文獻綜述 格式
碩士學位 開題報告 選題名稱 學號姓名 導師研究方向 二級學科 設計藝術學 美術學 一級學科 藝術學 學院 設計與藝術學院 年月日填表說明 1 只有學籍狀態為註冊或懸置的研究生才允許開題。但學籍狀態為懸置的研究生只有在完成註冊手續之後，開題報告及其評審結果才能被認可。2 碩士學位 開題報告封面及一至...