MCM-41改性三元催化剂对乙醇汽油车冷启动排放醇醛的净化性能研究

Aiming at alcohol aldehydes from gasohol vehicles during cold start, MCM-41 with excellent texture property is incorporated into aluminum oxide, the support of Three Way Catalysts(TWCs). Not only are the three-way catalytic activity and thermal stability of existing TWCs maintained, but also the performance of alcohol aldehydes adsorption and catalytic combustion are strengthened. So alcohol aldehydes can be thoroughly cleaned in this way. MCM-41 and aluminum oxide will be prepared by hydrothermal synthesis and co-precipitation respectively, then mixed and impregnated with active ingredients, finally loaded on cordierite to obtain monolithic catalysts. The research objectives will be achieved by following technology route “support modification—three-way activity evaluation—alcohol aldehydes purification performance”. The texture, thermal stability, and surface properties of MCM-41 modified TWCs will be optimized by using different surfactants, ion doping and surface modification methods in order to obtain higher adsorption capacity, faster adsorption rate and better catalytic combustion performances. Combined the physical and chemical characterization of the catalysts with adsorption and catalytic combustion law, the adsorption and catalytic combustion mechanism will be explored. The implementation of this project will provide theoretical support for successful development of gashol exhaust purification catalysts.

针对乙醇汽油车冷启动排放的醇醛污染物，将织构性能优异的MCM-41引入传统三元催化剂(TWCs)的载体材料氧化铝中，不仅保持现有TWCs的三效催化活性和热稳定性，还能强化催化剂对醇醛的低温吸附和催化燃烧性能，从而保证乙醇汽油车冷启动排放醇醛的彻底净化。分别采用水热合成法、共沉淀法制备MCM-41和氧化铝，混合浸渍活性组分后负载于堇青石上制得整体式催化剂。沿着技术路线“载体改性—三效活性评价—醇醛净化性能测试”达成研究目标。采用表面活性剂、原子掺杂和表面修饰等手段优化MCM-41改性TWCs的织构性能、热稳定性能及表面性能，以获得更高的醇醛低温吸附容量、更快的吸附速率以及更优异的催化燃烧性能。同时结合催化剂的各项理化性能表征结果、吸附和催化燃烧规律，探索醇醛在MCM-41改性TWCs上的吸附和催化燃烧机理。本项目的实施可为成功开发乙醇汽油车尾气净化专用催化剂提供理论支持。

乙醇汽油虽然可以降低汽车尾气中的HCs和CO的排放，但是尾气中含有未完全燃烧的乙醇及其不完全燃烧产物。乙醇汽油车尾气排放导致的污染问题在汽车的冷启动阶段，由于排气温度难以到达催化剂的起燃温度，污染物几乎未经净化而直接排入大气，对环境造成了极大的污染。项目针对乙醇汽油车冷启动排放的未完全燃烧的乙醇，将织构性能优异的MCM-41引入传统三元催化剂(TWCs)的载体材料氧化铝中。分别采用原位共沉淀法和等体积浸渍法制备MCM-41改性氧化铝并负载活性组分钯；通过优化MCM-41的掺杂量，调变 MCM-41改性TWCs的织构、结构和热稳定性能；围绕载体性能优化，吸附性能、催化燃烧性能和寿命评价四个内容展开研究，逐步达成研究目标。.结果表明，600℃焙烧条件下，随着MCM-41掺杂量的增加，催化剂的孔径逐渐朝小孔方向移动，催化剂的比表面积随之增大。当MCM-41添加量为30-70%时，MCM-41改性三元催化剂的与不添加分子筛的催化剂相比，比表面积可增加25-40%；吸附温度为80℃时，乙醇的吸附容量可增加15-33%；乙醇的起燃温度（T50）可降低了12-42℃；同时MCM-41的加入有利于活性组分Pd的分散，乙醇的完全转化温度（T90）可降低了23-52℃。1000℃焙烧条件下，催化剂的比表面积随着MCM-41的增加呈现出先增大后减少的趋势，当MCM-41的添加量为50%时，比表面积可达404m2/g；吸附温度为40，60，80℃时，对乙醇的吸附容量可达116，106和90 mg/g；与未添加MCM-41的催化剂相比，对乙醇的T50和T90分别下降了13和7℃；XRD结果表明，MCM-41的加入可以防止Al2O3由γ相向δ相转变，具有较好的抗高温老化性能。反应温度300℃，空速10000h-1，连续反应500h，MCM-41改性催化剂对乙醇仍然保持较高的催化活性，具有良好的使用寿命。原位红外结果表明，MCM-41有利于提高乙醇催化氧化过程中产物对乙酸乙酯和CO2选择性。.项目提出采用“吸附+原位催化燃烧”于一体的治理乙醇汽油车尾气的新思路，得到的研究成果为成功开发乙醇汽油车尾气专用催化剂提供了一定的理论支持。