СИНТЕЗ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИЙ Al2O3-CexZr1-xO2-δ И КАТАЛИЗАТОРОВ (Pt, Pd, Rh)/Al2O3-CexZr1-xO2-δ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Выводы
Основные материалы по теме диссертации в изданиях перечня ВАК
Купить

Актуальность работы
Проблема снижения вредных веществ (СО, CHx, NOx) в отработавших газах двигателей с искровым зажиганием традиционно решается с использованием трехмаршрутного катализатора (TWC-Three Way Catalyst). Задача TWC заключается в одновременном превращении CO, CHxи NOxв СО2, Н2О и N2.
Ужесточение требований к количеству вредных выбросов и ресурсу TWC является движущей силой повышения их эффективности. Ускорить прогрев катализатора и снизить эмиссию вредных веществ возможно за счет близкого размещения TWC к двигателю. При этом происходит значительное увеличение рабочих температур в TWC (выше 1000 ОС), что делает термическую дезактивацию основным фактором, ограничивающим его долговечность.
Твердый раствор оксидов церия-циркония (CexZr1-xO2-g), входящий в состав TWC, спекается при T>800^. Перспективным способом стабилизации CexZr1-xO2-g является структурное промотирование, при котором Ce-содержащая оксидная фаза перемешена на субмикронном уровне с более термостабильным и химически инертным оксидом, например с Al2O3.
В настоящее время является актуальным поиск оптимальных условий синтеза подобных композиций и условий достижения максимальной взаимной стабилизации компонентов. Интерес представляет также исследование TWC на основе промотированного CexZr1-xO2-g. Разработка каталитических композиций может способствовать повышению эффективности катализаторов, где традиционно используется механическая смесь порошков Al2O3и CexZr1-xO2-g.
Целью работы является разработка термостабильной композиционной системы Al2O3-Ce0,7sZr0,25O2, в которой обеспечивается гомогенное распределение оксидов Al2O3и Ce0,75Zr0,25O2на субмикронном уровне, для применения в трехмаршрутных (Pt, Pd, Rh) катализаторах очистки выхлопных газов автомобилей.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Синтез композиций оксидов А12О3-Се0,752г0,25О2 с различным отношением А12О3 и Се0,752г0,25О2, исследование физико-химических свойств с определением оптимального химического состава композиции для каталитического применения.
2. Приготовление и исследование физико-химических свойств (Р1, Рй, Ий) катализаторов на основе композиций оксидов А12О3-Се0,752г0,25О2, испытания на модельных газовых смесях и на автомобиле.
Научная новизна:
- впервые синтезированы наноструктурированные композиты А12О3- Се0,732г0,25О2 и установлена зависимость характеристик (морфологии, химического и фазового состава), определяющих термостабильность частиц Сех2г1-хО2- 5, от содержания А12О3;
- установлено, что гомогенное распределение кристаллитов Сех2г1-хО2-5 и А12О3 сдерживает образование и ориентированный рост игольчатых частиц А12О3 при термообработке;
- установлены закономерности образования оксида Се0,732г0,25О2 с более высокой кислородной емкостью в низкотемпературной области;
- впервые показано, что способность к регенерации палладиевых катализаторов на основе наноструктурированного композита А12О3- Се0,732г0,25О2 обусловлена развитым контактом палладия и частиц Сех2г1-хО2-5;
- разработан состав композиции А12О3-Сех2г1-хО2-5, обладающий высокой кислородной емкостью и термической стабильностью, для применения в составе TWC, работающих в условиях высоких температур.
Практическая ценность работы:
- найден комплекс технологических приемов для реализации схемы получения композиции А12О3-Се0,752г0,25О2;
- разработан состав трехмаршрутного Рй-Ий катализатора, модифицированного композитом А12О3-Се0,752г0,25О2, для очистки отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания;
- испытан на автомобиле Lada «Priora» и внедрен в промышленное производство трехмаршрутный катализатор на основе разработанной композиции A12O3-CexZr1-xO2-g, обеспечивающий выполнение норм Евро-4.
На защиту выносятся:
- условия синтеза наноструктурированной композиции A12O3-Ce0,75Zr0,25O2;
- закономерности взаимного текстурного и структурного взаимодействия компонентов в системе A12O3-Ce0,75Zr0,25O2, полученной совместным осаждением, при изменении содержания A12O3от 0 до 50 % мас.;
- результаты исследования влияния физико-химических свойств катализатора Pd/A12O3-Ce0,75Zr0,25O2, модифицированного композицией A12O3- Ce0,75Zr0,25O2, на его каталитические свойства;
- состав и свойства трехмаршрутного катализатора для очистки отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания для норм Евро-4.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались на: 4th EFCATS Schoo1 on Cata1ysis (С.-Петербург, 2006), VI Всероссийской конференции «Научные основы приготовления и технологии катализаторов» (Туапсе, 2008), Всероссийской научной молодежной школе конференции: «Химия под знаком Сигма» (Омск, 2010), Международном конкурсе научных работ молодых ученых в области нанотехнологий в рамках III Международного форума по нанотехнологиям (Москва, 2010).
Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследований, выборе условий и проведении синтеза образцов оксидных композиций и катализаторов, проведении всего комплекса исследований, обработке и трактовке полученных результатов, участии в освоении промышленного выпуска оксидной композиции и катализаторов на ее основе, написание статей в соавторстве с научным руководителем и коллегами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, содержит 121 страницу, включая 36 рисунков, 15 таблиц, 6 приложений и списка использованной литературы из 112 наименований.

Купить