与钇稳定化锆复合的La_（0.8）Sr_（0.2）Mn_（0.5）Ni_（0.5）O_3催化剂用于低浓度甲烷催化燃烧.pdfVIP

第27卷第 6期 化学反应工程与工艺 一 Vol27，No6 2011年 l2月 ChemicalReactionEngineeringandTechnology Dec．201l 文章编号：lO0l一763l(2011)O6___o488_-_08 与钇稳定化锆复合的Lao．8Sro．2Mno．5Nio．503催化剂 用于低浓度甲烷催化燃烧 韩倩茜，史兵兵，江志东 (上海交通大学化学化工学院 上海市绝缘与老化重点实验室，上海 200240) 撙要：将LaosSro2Mno5N O3钙钛矿 (LSMN)包覆在无定型的钇稳定化锆 (YSZ)粉体上，制成了LSMN~YSZ复 合催化剂 (H~LSMN与vsz(1~物质的量之比)，用于低浓度 甲烷 (体积分数为0，5％)的催化燃烧反应。首先采用 程序升温反应．质谱仪 (TPRS．MS)对n和焙烧温度进行优化。结果表明：催化剂LSMN／7YSZ~100012焙烧后活 性较高，反应表观活化能降至64．0kJ／otol。用扫描电子显微镜 (SEM)，BET~X射线衍射 (XRD)等对催化剂粉 末进行表征发现：与YSZ复合后，LSMN从无定型转为晶体的转晶温度 由800℃升高到1000℃，而且抗烧结能力 增强；经l000℃焙烧后，钙钛矿和YSZ结合牢固，并有La：Zr20新相生成 。将不同催化剂粉体制成浆料涂覆在 氧化铝蜂窝陶瓷上制成整体催化剂，在4O000h-I空速下进行催化燃烧反应，经1000℃焙烧 的LSMN／7YSZ整体 型催化剂同样表现出较优的催化活性，而且其活性略高-．F-Pd(质量分数为0．33％)，Al2O3整体催化剂 关键词t甲烷 值化燃烧 钙钦 钇稳定化锆 复合 中田分类号：TQ426．64；0643．32 文献标识码：A 甲烷作为绿色能源，热值苗，储量丰富，其中低浓度甲烷占有较大比例，血¨煤层坑道气、垃圾填埋场 沼气等。我国仅每年从煤矿风排瓦斯的热值就相当于1．14x10～1．17×10t标准煤[I】。将甲烷排放到大气 中既浪费资源，也加剧了温室效应，因此合理利用低浓度甲烷具有节能和环保双重意义。甲烷在催化剂的 作用下起燃温度低，避免了高温火焰燃烧产生NO污染，而且燃烧充分，适合对低浓度 甲烷的高效利用。 甲烷催化燃烧的催化剂一般有两类：贵金属 (Pd，Ru和Pt等)和非贵金属类 (钙钛矿、六铝酸盐和复合氧 化物等)。其中，贵金属催化剂起燃温度低，活性好，能活化0．O和C．H键，使稳定的分子形成 自由基，引 发链反应，但稳定性差，易烧结。人们曾通过改善负载贵金属的载体口，或采用多种铂族元素联用 的方法 来提高其稳定性 ，但未取得显著的成效。结构为ABO3的钙钛矿型催化剂具有与贵金属相近的甲烷燃烧催 化活性，其中掺杂 了A位和B位元素的La08Sro2Mn05Nio ． ． ． 5O3钙钛矿在中温 (500~800~C)区的活性与掺杂 Ce的)，-A]203的Pd催化剂 (负载质量分数为2．5％)的性能相近[5-7】，但在l000℃以上，钙钛矿也会出现烧 结和B位元素流失，导致活性下降。为改善钙钛矿的高温稳定性，提高比表面积、机械强度和韧性，一般 将其负载在耐高温的La203羽【，NiAI2O4们【，ZrO2[10】或MgO[。等材料上。与ZrO2相比，掺杂了Y2O3的钇稳定 化锆 (YSZ)使ZrO2具有更多的氧空位 【】，尤其是立方品格的YSZ中含有特殊氧空穴，这些氧空穴通过分 散的氧离子能够提高导电率，在燃料电池中应用广泛 】。氧空位能吸附氧，由于吸附氧与阳离子的结合力 比晶格氧弱，能提高催化剂对烃类的低温氧化活性[12,14]。Cimino等[10】分别采用浸渍法和沉积沉淀法制备了 LaMO3-YSZ复合催化剂，并研究了ZrO2的比表面积和晶相的影响，发现浸渍法得到的催化剂的活性更好， 收稿 日期：2011．10-08；修订日期：2011．11-14 作者简介l韩倩茜 (1988-)，女，硕士研究生；江志东 (1967．)，男，副教授，通讯联系人。E．mai