锆掺杂钯催化剂用于贫燃天然气的净化反应
天然气是一种清洁能源, 相对于汽柴油车, 天然气汽车尾气中的颗粒物含量显著降低. 天然气汽车分为理论空燃比和贫燃天然气汽车, 其中后者燃料利用率高, 尾气排放温度较低 (一般低于500~550℃)，所以产生NOx少; 尾气中主要成分为CH4, CO和大大过量的O2,并且还有水蒸气及少量的SOx. 由于CH4的稳定性高, 温室效应强, 所以贫燃天然气汽车尾气净化主要是针对CH4. 目前, 贫燃天然气汽车尾气净化应用最广泛的催化剂是Pd/γ-Al2O3, 但其易发生水蒸气及硫中毒. 因此, 研制耐硫性能好的载体和催化剂势在必行.ZrO2具有酸碱性、氧化还原性、良好的热稳定性和机械强度, 广泛应用于催化剂和催化剂载体中. 同时, 它还是p-型半导体, 容易产生氧空穴. 并且ZrO2载体具有优良的耐硫性, 适用于贫燃天然气汽车尾气净化, 有望克服高活性Pd/Al2O3催化剂易发生硫中毒的缺点. 研究表明, 含硫物种 (H2S, S, SOx)在贫燃条件下均被氧化为SO2和SO3, 进而与活性物种PdO反应生成对CH4转化无活性的PdO-SOx物种.
四川大学化学学院绿色化学与技术教育部重点实验室龙恩艳等人采用共沉淀法制备了ZrO2, Y0.1Zr0.9Ox, Ce0.1Zr0.9Ox和Al0.1Zr0.9Ox系列Zr基载体, 并用N2吸附-脱附和X射线衍射对其进行了表征. 再以此为载体, 采用浸渍法制备了整体式负载Pd催化剂, 催化剂涂层的涂覆量为180g/L左右, Pd含量为1.25%. 测定了催化剂上Pd的分散度. 在模拟的贫燃天然气汽车尾气中考察了催化剂的活性, 并在尾气中有或无SO2存在的条件下比较了催化剂活性的差异. 结果表明, Y3+, Ce4+或Al3+改性载体负载的Pd催化剂的耐硫性能明显改善; 无论尾气中是否存在SO2, 以Y3+或Al3+改性载体负载的Pd催化剂的活性均明显高于ZrO2负载体的Pd催化剂.