Cu基催化剂的发展铜由于其具有良好的催化氧化、还原性能、加氢化合物的催化燃烧等方面具有广泛的应用,负载铜催化剂由于其较强的催化氧化性能使其成为一种可替代贵金属的催化剂[10-12]。
氧化铈是一种价廉且用途极广的稀土材料,作为汽车尾气净化催化剂中的重要组分, CeO2 的作用主要有以下几点[13-15] : ( 1) 提高活性涂层的催化活性。 ( 2) 自动调节空气燃料比。氧化铈是变价氧化物( Ce4+ /Ce3+) , 有极好的储氧和释氧能力。( 3) 助催化作用。氧化铈能够加快煤气迁移和水蒸汽重整反应,减少CO 和CH 的含量。( 4) 提高载体的热稳定性及机械强度。(5)提高催化剂的储硫性能,改善催化剂的抗积炭性能等。但是纯氧化铈的催化性能有限,为了提高氧化铈的催化性能,很多研究者对氧化饰进行了掺杂研究。
Liu等人[16]发现在氧化铈中添加少量Cu就使得催化剂的CO氧化性能得到极大提升。他们的研究结果表明,掺Cu的氧化铈(CeCu)可以在100°C左右实现CO完全转化。对氧化铈和铈锆氧化物的研究己经表明,催化剂的性能与其结构有密切关系。氧化铈的结构会强烈影响其上负载的氧化铜的催化性能。研究表明CuO/CeO2催化剂的CO氧化活性远高于单一组分CuO或CeO2,这主要归因于CeO2能够提高CuO在其表面的分散性并对活性组分CuO起到一个氧缓冲器的作用。很多研究者认为在固溶体表面的高分散CuO小颗粒能够在低温下很容易地被还原和氧化,这些高分散铜物种是催化剂高活性的来源[17-20]
目前CuO/CeO2催化剂上CO催化氧化研究主要集中在以下两个方面:对于已有的催化体系,通过优化催化剂的制备方法,提高催化剂的性能;深入研究CO在CuO/CeO2催化剂上反应的机理,从而达到有目的的设计催化。随着科学技术的不断发展,越来越多的先进技术运用到催化剂的制备及研究领域,很大程度上推动了CuO/CeO2催化剂上CO催化氧化的研究进展。
催化剂的制备方法
不同的制备方法在对活性组分的颗粒大小、分散度、均匀度等有较大的影响,最终影响催化剂的活性。常用的制备方法有沉淀法又分共沉淀法、沉淀-沉积法、浸渍法、燃烧法、溶胶凝胶法、固相反应法等。
(1)共沉淀法制备CuO/CeO2催化剂
共沉淀法是将催化剂各组分的盐溶液均匀混合,在沉淀剂的作用下进行共沉淀。然后将沉淀经过老化、洗涤、抽滤、干燥、焙烧和还原制得催化剂。按加料方式的不同共沉淀法可以分为:顺加法、反加法和并流法。将沉淀剂加入到催化剂组分的盐溶液中称为顺加法,反之称为反加法。将沉淀剂及催化剂组分盐溶液同时滴加到蒸馏水中称为并流法。
Petar Djinovic 等[21-23]用共沉淀法制备了CuO/CeO2催化剂,将一定量的Na2CO3溶液加入到不断搅拌的Cu(NO3)2和Ce(NO3)3水溶液中,溶液的pH一直保持在5.5以下,防止金属的氢氧化物生成,形成的沉淀用热的蒸馏水洗涤,以除去杂质离子,随后在110℃下干燥过夜,并在450℃-800℃的温度区间内焙烧。同时考察了不同CuO含量和不同焙烧温度对CuO/CeO2催化剂性能的影响。当CuO含量较低时,纳米尺寸和大颗粒的CuO都能在低温下被还原(低于纯CuO的还原温度),这归因与它们与载体CeO2之间的强相互作用。增加CuO含量,有利于反应的进行,能促进CO氧化;而提高焙烧温度则会降低催化剂的比表面积,降低催化剂的活性。
邹汉波等[24]采用共沉淀法制备了一系列不同CuO含量的CuO/CeO2催化剂,并考察了在富H2气氛下催化剂的CO催化氧化性能。研究结果表明 CuO (10%)/CeO2 催化剂在140℃表现出最好的CO氧化转化率和选择性。随着CuO含量的增加,催化剂的活性反而降低。催化剂上高度分散的CuO被看做是CO催化氧化的活性中心,活性中心一旦被水蒸气覆盖或者其表面形成CO-H2O物种则会降低催化剂的活性,表面氧空位、吸附氧的丢失或者铜颗粒的聚集是导致催化剂失活的主要原因。 Cu基催化剂文献综述和参考文献:http://www.751com.cn/wenxian/lunwen_51780.html