تأثیر روش‌های مختلف رسوب‌گذاری به کمک قلیایی بر دوام کاتالیزورهای سه‌طرفه

لطفاً برای اطلاعات بیشتر با oscar.xiao@wecistanche.com تماس بگیرید

خلاصه:درمان پیری همیشه باعث غیرفعال کردن شدید کاتالیزورهای سه طرفه (TWC) می شود، بنابراین بهبود دوام یکی از اهداف طراحی TWC است. در این کار، Pt/Ceo aZrosLao.osPro.osO2(Pt/CZ)TWCs با دو روش مختلف رسوب دهی به کمک قلیایی، اوره یا آمونیاک تهیه شدند. اثرات مختلف به کمک قلیایی بر روی خواص فیزیکوشیمیایی، فعالیت کاتالیزوری و دوام مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مشخص شد که کاتالیزور Pt/CZ تهیه شده با روش رسوب دهی به کمک اوره (UDP) مقاومت در برابر پیری ضعیفی داشت اما کاتالیزور Pt/CZ تهیه‌شده با کمک آمونیاک (ADP) توانایی ضد پیری بهتری را نشان داد. بر اساس نتایج XRD، جذب CO، XPS و Hz-TPR، اندازه ذرات نسبتاً بزرگ‌تر گونه‌های پلاتین و برهمکنش قوی‌تر برای ADP، تف جوشی با هم را در طول عملیات پیری دشوارتر می‌کند، که برای حفظ فعالیت کاتالیزوری مطلوب است. بنابراین، کاتالیزور ADP آینده روشنی را برای صنعتی شدن نشان می دهد.

کلید واژه ها:کاتالیزورهای سه طرفه؛ بارش رسوب; با کمک قلیایی؛ دوام

کاتالیزورهای سه طرفه (TWC) یکی از مهمترین کاتالیزورها در تصفیه گازهای خروجی از اگزوز خودروهای بنزینی 12 لیتری هستند که قادر به تبدیل موثر مونوکسید کربن (CO)، اکسیدهای نیتروژن (NO.)، هیدروکربن ها (HC) به دی اکسید کربن بی ضرر (CO2)، آب (HO) و نیتروژن (N2) به طور همزمان 34 لیتر. با این حال، پیری به دلیل تأثیر جدی بر خواص ساختاری و بافتی، پراکندگی فلز، ظرفیت ذخیره‌سازی اکسیژن (OSC) و توانایی ردوکس، علت اصلی غیرفعال‌سازی کاتالیزور است.cistanche wirkungطراحی TWCهایی با پایداری بالا برای برآوردن نیازهای دوام فزاینده ضروری است.7-81 محققان کارهای زیادی برای بهبود پایداری حرارتی TWCها[9-10]، سرکوب تبدیل فاز و جلوگیری از تف جوشی فعال انجام داده‌اند. فلز نجیب مهم نیست که کدام استراتژی، فرمول معمولی TWCها به دلیل مقاومت مطلوب در برابر مسمومیت و پایداری حرارتی بالاتر [10-l1] بدون تغییر است. به طور کلی، تغییر روش آماده سازی یک مسیر ساده و آسان برای بهبود دوام TWC ها است[12-13]،

لطفا برای دانستن بیشتر اینجا را کلیک کنید

روش رسوب دهی یکی از روش های اصلی آماده سازی کاتالیزورهای صنعتی است که در حضور تکیه گاه موجود انجام می شود و محلول پیش ساز معمولاً با تزریق رسوب دهنده، هیدروکسیدهای فلزی را تشکیل می دهد. توماس و همکاران [15] از روش رسوب گذاری برای تهیه کاتالیزورهای Co/TiO2 با استفاده از هیدرولیز اوره یا تبخیر آمونیاک استفاده کردند. Moreau و همکاران [16] کاتالیزور Au/TiO2 را با روش رسوب دهی با NaOH به عنوان رسوب دهنده تهیه کردند. روش رسوب دهی به طور گسترده در تهیه کاتالیزور استفاده می شود، اما به ندرت در تهیه TWC های فلزات نجیب استفاده می شود. بنابراین، مطالعه روش رسوب دهی برای تهیه TWC ها ارزشمند است.

در کار حاضر، ما کاتالیزورهای پلاتین با پشتیبانی از سریا زیرکونیا (Pt/CZ) را با روش‌های مختلف رسوب‌گذاری به کمک قلیایی و یک کاتالیزور Pt/CZ تهیه‌شده با روش اشباع به عنوان کاتالیزور مرجع آماده کرده‌ایم. اثر روش‌های مختلف رسوب‌گذاری به کمک قلیایی بر روی پایداری TWCها مورد بررسی قرار گرفت.

تجربی 1

1.1 آماده سازی کاتالیست

پیش ساز فلزی محلول آبی H-PtCl6(0.10.g/mL) و محتوای بارگذاری پلاتین lwt درصد بود. مواد پشتیبانی، یک اکسید مخلوط CeO-ZrO-La-O3-Pr2O5 (نسبت جرمی 40/50/5/5,CZ) توسط شرکت رودیا عرضه شد. معیار Pt/CZ با روش اشباع سنتی (IM) تهیه شد. کاتالیزور تهیه شده با روش رسوب-رسوب به کمک اوره (نسبت مولی اوره/Pt{15}}) به عنوان UDP برچسب گذاری شد. کاتالیزور دیگری که با روش رسوب گذاری-رسوبی به کمک آمونیاک در pH{17}} تهیه شد، با عنوان ADP برچسب گذاری شد. تمام نمونه ها در آون 90 درجه به مدت 1 روز خشک و در دمای 550 درجه به مدت 3 ساعت در هوا کلسینه شدند. پودرهای آماده شده روی کوردیریت پاشیده شدند تا کاتالیزور یکپارچه با ظرفیت بارگیری (5±160) گرم در لیتر به دست آید.بیوفلاونوئیدهای مرکباتسپس کاتالیزورهای یکپارچه در دمای 550 درجه به مدت 3 ساعت در هوا کلسینه شدند تا کاتالیزورهای تازه به دست آید. کاتالیزورهای تازه به صورت هیدروترمال در 10 ولت درصد H2O/هوا در دمای 750 درجه به مدت 13 ساعت برای به دست آوردن کاتالیزورهای قدیمی که به ترتیب به عنوان IM-a، UDP-a و ADP-a برچسب گذاری شدند، تحت درمان قرار گرفتند.

سیستانچ می تواند ضد پیری باشد

1.2 مشخصه کاتالیست

ویژگی‌های بافتی کاتالیزورها با استفاده از دستگاه تحلیل‌گر اندازه منافذ و مساحت سطح خودکار کوانتاکروم (Autosorb SI) بدست آمد. الگوهای پراش پرتو ایکس پودر (XRD) در شرکت فیلیپس (PW 1730) ثبت شد. پراکندگی گونه‌های پلاتین بر روی جذب پالس CO و طیف‌سنج مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR، Thermo Nicolet 6700) انجام شد. آزمایش‌های طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) بر روی یک طیف‌سنج الکترونی (XSAM{5}}) انجام شد. کاهش برنامه ریزی شده دمای هیدروژن (Hz-TPR) در یک ریزراکتور کوارتز لوله ای انجام شد و توسط یک آشکارساز هدایت حرارتی (TCD) ثبت شد.

1.3 آزمون های فعالیت

عملکرد کاتالیزوری با استفاده از یک راکتور جریان پیوسته بستر ثابت با عبور از یک مخلوط گاز خروجی موتور بنزینی شبیه‌سازی شده، که از CO(46{13}}0×10-6)، CGH6 (220×{) تشکیل شده بود، ارزیابی شد. {5}})، C،Hs (110x10~3)،Hz(1533×10~)،NO(1250×10~0)،CO2(10 درصد)، H2O(10 درصد)، O2(3600×{{ 20}}) و Nz (گاز تعادل). سرعت فضای ساعتی گاز (GHSV) در 5×10 بعلاوه ساعت کنترل شد.

2 نتایج و بحث

2.1 خصوصیات بافتی و ساختاری

پارامترهای بافتی ساپورت و کاتالیزورها در جدول 1 آمده است. مشاهده می شود که سطح ویژه و حجم منافذ نمونه ها با یکدیگر مشابه هستند. با این حال، میانگین شعاع منافذ UDP-a و ADP-a کوچکتر از IM-a است. این ممکن است به این دلیل باشد که گونه های پلاتین احتمال بیشتری برای ورود به منافذ کوچک حمایت در تهیه UDP و ADP دارند. وجود پلاتین در منافذ کوچک برای حفظ منافذ در فرآیند پیری مفید است.

The X-ray diffraction patterns and relative intensity of Pt (111) are shown in Fig.1.It is observed from Fig.1(a)that the diffraction peaks of all samples are characteristic of cubic CeOz-ZrOz (CZ) phase 8. There are no peaks of Pt or PtO, in IM and UDP, which may be attributed to the good dispersion of Pt species on support. However, it is clear to find out that the diffraction peaks of Pt in ADP, confirming the existence of larger Pt particles in ADP. After aging, the peaks identified as Pt phase are observed for all samples due to the agglomeration of noble metal. The relative intensity of Pt (111) peak of these catalysts are shown in Fig. 1(b). The order of diffraction peak intensity can be recorded as UDP-a>IM-a>ADP-a. این نشان می دهد که ذرات پلاتین کوچکترین در ADP-a هستند.

2.2 نتایج جذب شیمیایی CO

The dispersion of Pt species was evaluated by CO pulse adsorption method, and the obtained results are depicted in Fig. 2(a). The dispersion of Pt species for fresh samples follow the order of UDP>IM>ADP که با نتایج XRD همزمان است. برای نمونه های پیر، پراکندگی گونه های پلاتین به دلیل تجمع ذرات فلز نجیب به شدت کاهش می یابد.

The CO adsorption experiment was also performed on FT-IR equipment and the obtained CO-FTIR spectrum were presented in Fig. 2(b, c). The IR band exhibited in figures are assigned to CO species linearly adsorbed on Pt [19] For the fresh samples, the intensity of band decreased with an order of IM ≈ UDP>ADP، که پراکندگی گونه های پلاتین را تا حدی منعکس می کند201. در مورد نمونه‌های قدیمی، در مقایسه با نمونه‌های تازه، استحکام باند UDP-a بسیار کاهش می‌یابد، در حالی که نمونه‌های ADP-a اندکی کاهش می‌یابد، که نشان می‌دهد ADP دارای پایداری گرمابی خوبی است. این با نتایج تحلیل XRD مطابقت دارد.

2.3 تجزیه و تحلیل XPS

آزمایش طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) برای روشن شدن حالت عنصری سطح نمونه‌ها انجام شد. مقادیر نسبی Ce، O و Pt در جدول 2 فهرست شده است، و طیف بدست آمده از Ols، Ce3d و Pt4f در شکل 3 نشان داده شده است. طیف Ols (شکل 3(a,d)) از دو تشکیل شده است. پیک های مشخصه با مقادیر انرژی اتصال (BE) مربوط به 529.2 و 531.2 eV. یکی در 529.2 eV به عنوان اکسیژن شبکه (Olat) نشان داده می شود، و دیگری در 531.2 eV به اکسیژن جذب شده سطحی (Oats) 21l نسبت داده می شود. به چهار جفت دوتایی مدار چرخشی. پیک هایی که به صورت v، v، v، "و، u، u"، u"" به Ce4 اختصاص داده شده اند، و یک دوتایی اضافی (v', u') از Ce3 به علاوه speciesl201 به وجود آمده است.مزایای سینوموریومبرای طیف XPS Pt4f(c,f)، اوج در 70.7 eV به درجه Pt و آن در 72.4 eV به PtO نسبت داده می‌شود. علاوه بر این، قله های واقع در 74.0 eV به PtO,I221 نسبت داده می شود.

As shown in Fig. 3(a, d), Oads and Olatt exist in all samples. The ratio of Oad/O for fresh samples is in the sequence of UDP>IM>ADP, but the aged samples exhibit a different sequence with an order of UDP-a >ADP-a>IM-a. کاهش اندکی Oads برای IM و UDP مشاهده شده است، اما افزایش جزئی برای ADP مشاهده شده است.

Ce³ plus و Ce4 plus روی سطح همزیستی دارند. تجزیه و تحلیل نسبت نسبی Ce** نشان می دهد که کاهش آشکار نسبت Ce³'/C پس از پیری در مورد UDP، کاهش جزئی برای IM-a، در حالی که افزایش جزئی برای ADP-a رخ می دهد. روند تغییر با روند Oads سازگار است. زیرا وجود Ce³* تأثیر مهمی بر جای خالی اکسیژن دارد که منجر به جذب اکسیژن بیشتر از گاز می شود. بنابراین، جای خالی اکسیژن در ADP در طول عملیات پیری هیدروترمال به خوبی حفظ می شود، که برای حفظ خاصیت ردوکس و همچنین عملکرد کاتالیزوری مطلوب است.

Regarding Pt species, it is easy to detect that platinum species mainly exist in oxide state for the existence of Pt-O-Ce interaction as well240.It can be detected Table 2 that the value of Pt**/Pt follow the order of ADP>UDP>من هستم. ADP دارای بالاترین نسبت Pt*/Pt است که می تواند با تعامل قوی تر بین Pt و پشتیبانی توضیح داده شود. برهمکنش قوی تر برای حفظ گونه های پلاتین در حالت پایدارتر رسانا است. پس از پیری، غلظت سطح پلاتین تا حدی کاهش می یابد. گونه پلاتین عمدتا به عنوان Pt2 * و PtP که PtO وجود دارد؟ در شرایط اکسیداسیون در دمای بالای 600 درجه B به فلز پلاتین تجزیه می شود! آنچه باید ذکر شود این است که UDP-a دارای درصد نسبی بالاتری از Pt است که نشان می دهد پایداری UDP-a ضعیف است، اما ADP-a دارای نسبت نسبی بالاتری از Pt2* است که همچنین ثابت می کند که ADP بهتر است. توانایی مقاومت در برابر عملیات هیدروترمال

در نتیجه، از تجزیه و تحلیل داده‌های XPS، ADP تهیه‌شده با روش رسوب‌گذاری به کمک آمونیاک، دارای برهم‌کنش فلزی قوی‌تر برای مقاومت در برابر درمان پیری است.

2.4 H2-مطالعات TPR

پروفیل های Hz-TPR در شکل 4 نشان داده شده است. مشاهده شده است که IM دارای دو پیک کاهش است. یک پیک در 198 درجه به کاهش گونه‌های PtO و Ce اختصاص داده می‌شود که به طور موثر توسط فلز نجیب برای اثر سرریز ارتقا می‌یابند. پیک دیگر در 380 درجه به کاهش درصد بسیار پایینی از اکسیژن فعال نشده سطح اختصاص دارد. UDP همچنین دارای دو پیک کاهش است. اولین پیک در 174 درجه کمتر از IM است، به این معنی که UDP کاهش پذیری بهتری نسبت به IM به دلیل پراکندگی بهتر گونه‌های پلاتین دارد. باید به ADP توجه کرد. در محدوده دمای پایین، ADP دارای یک پیک کاهش اصلی و دو پیک شانه ای با دمای مربوطه در 106، 150 و 174 درجه است. با ترکیب تجزیه و تحلیل بالا، دمای کاهش کمتر را می توان به برهمکنش قوی تر در ADP نسبت داد. علاوه بر این، سه قله کاهش را می توان به کاهش PtO، گونه ها و گونه های Ce با درجات مختلف برهمکنش نسبت داد. این را می توان به عنوان یک نتیجه از وجود ذرات کوچک و بزرگ در ADP توضیح داد.سنبل صحرادلیل مساحت کوچکتر پیک کاهش این است که ذرات بزرگ پلاتین اثر تقویتی ضعیف تری بر روی ساپورت دارند.

پس از عملیات پیری هیدروترمال، اوج کاهش برای کاتالیزورهای قدیمی به دلیل تف جوشی و تجمع اجزای فعال به دمای بالاتر تغییر می کند. لازم به ذکر است که دمای پیک کاهش اصلی UDP-a از 174 درجه به 202 درجه تغییر می کند، در حالی که دمای ADP-a تنها از 150 درجه به 164 درجه تغییر می کند. نتیجه نشان می دهد که ADP تحت تف جوشی اندک تری قرار گرفته است و خواص اکسیداسیون و کاهش به خوبی حفظ شده است، که پایداری هیدروترمال بهتری را در مورد ADP ثابت می کند.

2.5 عملکرد کاتالیزوری

منحنی‌های تبدیل CO، NO، C3Hs و C3H6 برای همه سری‌های نمونه در شکل 5 نشان داده شده است. اواس. ADP فعالیت کاتالیزوری بدتری را برای همه آلودگی ها به دلیل پراکندگی بدتر گونه های پلاتین نشان می دهد.

As for the aged samples, the catalytic activities are in the sequence of ADP-a>IM-a>UDP-a. نتایج فعالیت یک توالی معکوس با نمونه‌های تازه را نشان می‌دهد. به منظور مقایسه دقیق دوام، دمای خاموش شدن نور (Tso، دمایی که آلودگی ها 50 درصد تبدیل را به دست آوردند)، و △T (تعریف شده به عنوان To نمونه های قدیمی-Tso نمونه های تازه) در جدول 3 خلاصه شده است. △T یک پارامتر مهم برای ارزیابی پایداری TWCها است. To از UDP-a به دمای بالاتر با △T 87 درجه برای CO، 54 درجه برای NO، 55 درجه برای C3Hg و 59 درجه برای C3H6 تغییر می کند.روش استخراج فلاونوئید pdfاین ممکن است به این نسبت داده شود که ذرات کوچکتر به راحتی با هم جمع می شوند، که منجر به کاهش شدید پراکندگی گونه های پلاتین و فعالیت کاتالیزوری می شود. وضعیت مشابهی در IM-a نیز مشاهده می شود که To به ترتیب 41، 44، 43،44 درجه افزایش یافته است. در حالی که △T Tso بیش از ADP 16 درجه برای CO، 17 درجه برای NO، 22 درجه برای C، دست 18 درجه برای C3H6 است. این نشان می دهد که ADP توانایی بهتری برای حفظ فعالیت کاتالیزوری در برابر عملیات هیدروترمال دارد. ADP دارای ذرات پلاتین بزرگتر و برهمکنش قوی تر در ذات است که برای افزایش پایداری کاتالیزوری مطلوب است.

3 نتیجه گیری

ما کاتالیزورهای Pt/CZ را با دو روش مختلف رسوب دهی به کمک قلیایی آماده کرده ایم. اثرات دو قلیایی مختلف بر خواص فیزیکوشیمیایی، فعالیت کاتالیزوری و دوام کاتالیزورها مورد بررسی قرار گرفت.

برخی از نتایج و نتایج مهم به شرح زیر ارائه شده است: (1) UDP مقاومت در برابر پیری ضعیف را نشان داد و فعالیت کاتالیزوری به طور جدی پس از تیمار پیری هیدروترمال کاهش یافت. (2) ADP توانایی ضد پیری خوبی از خود نشان داد، با خواص فیزیکی و شیمیایی کمی و فعالیت کاتالیزوری پس از پیری تغییر کرد. (3) روش‌های مختلف رسوب‌گذاری به کمک قلیایی تأثیر مهمی بر اندازه ذرات اولیه پلاتین و برهمکنش در کاتالیزور دارند که منجر به تفاوت زیادی در دوام می‌شود.

این مقاله از Journal of Inorganic Materials Jun., 2021 استخراج شده است