Al₂O₃涂层制备:搅拌下将25 g拟薄水铝石粉加入200 mL去离子水, 缓慢滴加浓硝酸, 控制溶液pH≈ 2.4, 然后加热至85 ℃, 再滴加浓硝酸至完全溶胶, 搅拌30 min后静置陈化24 h, 得到一定黏度和流动性的半透明铝溶胶。将5%稀硝酸处理过的蜂窝陶瓷浸入制备好的铝溶胶中, 取出, 吹去陶瓷孔中残留胶液, 120 ℃干燥2 h, 500 ℃焙烧5 h, 制得Al₂O₃涂层载体。

助剂涂层制备:将助剂La、Ce、Zr和Y等与柠檬酸、分散剂按一定配比加入制备好的铝溶胶中, 搅拌均匀后, 将5%稀硝酸处理过的蜂窝陶瓷浸入混合液中, 取出, 吹去空中残留的悬浊液, 晾干, 120 ℃干燥2 h, 500 ℃焙烧5 h, 制得Ce-Al₂O₃涂层载体。

蜂窝整体式催化剂制备:通过浸渍法负载Pd和Pt贵金属, 按Pd和Pt理论负载量取H₂PdCl₄和H₂PtCl₆水溶液, 将涂覆有涂层的蜂窝陶瓷载体浸入其中, 恒温水浴加热至溶液由黄色变为无色后取出, 吹去孔中残留溶液, 空气中120 ℃干燥2 h, 550 ℃焙烧6 h, 制得系列蜂窝整体式催化剂。

以甲苯完全燃烧为模型反应, 采用固定床流动反应装置评价催化剂活性, 采用气相色谱仪(FID)分析反应物和产物。

表1为贵金属负载量对催化剂性能的影响, 以甲苯转化率分别为10%、50%和95%的温度评价催化剂活性。由表1可以看出, 低温条件下, 催化剂活性较低, 达到起燃温度后, 催化剂呈现较好的催化性能。单一贵金属Pd/Al₂O₃催化剂的催化活性较低, 即使增加Pd含量, 达到T₉₅温度也要升至460 ℃。添加少量Pt后, 催化活性大大提高, T₁₀温度远低于单金属催化剂, 但同时增加Pd和Pt含量, T₉₅没有大的变化, 表明贵金属粒子在催化剂上的活性位有一定饱和度, 适宜的贵金属比例对催化剂性能有决定作用。选择Pd和Pt负载质量分数分别为0.05%和0.005%。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 贵金属负载量对催化剂性能的影响 Table 1 Effects of the loadings of precious metals on the catalytic properties of catalysts 催化剂 T10/℃ T50/℃ T95/℃ 0.01%Pd/Al2O3 280 350 480 0.05%Pd/Al2O3 260 330 460 0.01%Pd-0.001%Pt/Al2O3 220 270 380 0.01%Pd-0.005%Pt/Al2O3 205 255 350 0.05%Pd-0.005%Pt/Al2O3 195 250 340

表 1 贵金属负载量对催化剂性能的影响 Table 1 Effects of the loadings of precious metals on the catalytic properties of catalysts

表2为添加助剂Zr、Ce、La和Y对催化剂活性的影响。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 助剂对催化剂性能的影响 Table 2 Effects of additives on the catalytic properties of the catalysts 催化剂 T10%/℃ T50%/℃ T95%/℃ Pd-Pt/Al2O3 195 250 340 Pd-Pt/CeO2-Al2O3 170 210 300 Pd-Pt/La2O3-Al2O3 185 230 325 Pd-Pt/Zr2O3-Al2O3 175 225 310 Pd-Pt/Y2O3-Al2O3 190 235 335

表 2 助剂对催化剂性能的影响 Table 2 Effects of additives on the catalytic properties of the catalysts

由表2可以看出, 不添加助剂催化剂上甲苯转化率明显低于添加助剂的复合涂层催化剂。原因为高温环境下, Al₂O₃易发生相变, 转变为热力学上稳定的α -Al₂O₃, 使比表面积大幅度减小, 催化剂活性降低。添加助剂Zr、Ce、La和Y的催化剂性能差别较大, 添加助剂Ce的性能最好, 原因为CeO₂基复合氧化物具有较好的氧化还原性和储氧性能, 防止涂层面积减小, 利于活性组分分散, 表现出较高的热稳定性和低温催化性能。

助剂负载量对催化剂性能的影响如表3所示。由表3可以看出, 助剂Ce的负载量对催化剂活性影响较大, 加入少量助剂Ce有利于贵金属粒子的分散和烧结, 添加量过大, 粒子将占据活性位, 降低催化剂的催化活性。助剂Ce质量分数为1%可达到较好的催化效果。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 助剂负载量对催化剂性能的影响 Table 3 Effects of the loadings of additives on the catalytic properties of the catalysts 催化剂 T10/℃ T50/℃ T95/℃ Pd-Pt/0.1%CeO2-Al2O3 280 340 410 Pd-Pt/0.5%CeO2-Al2O3 255 290 370 Pd-Pt/1%CeO2-Al2O3 170 210 300 Pd-Pt/5%CeO2-Al2O3 175 285 330

表 3 助剂负载量对催化剂性能的影响 Table 3 Effects of the loadings of additives on the catalytic properties of the catalysts

以5 g· m^-3甲苯为反应体系, 在反应温度260 ℃、350 ℃和450 ℃条件下, 考察空速对Pd-Pt/1%CeO₂-Al₂O₃催化剂性能的影响, 结果见图1。

图 1

Figure 1

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	图 1 空速对Pd-Pt/1%CeO2-Al2O3催化剂性能的影响Figure 1 Effects of space velocity on catalytic properties of Pd-Pt/1%CeO2-Al2O3 catalyst

由图1可以看出, 空速低于20 000 h^-1时, 反应物在催化剂表面停留时间长, 反应更充分, 利于达到反应平衡; 空速大于20 000 h^-1时, 反应物与活性组分接触时间短, 且很快离开反应体系, 反应不充分, 甲苯转化率低。适宜的空速低于20 000 h^-1。