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柴油车排放的尾气中含有多种污染物,会造成城市雾霾等空气污染问题,其中以颗粒物(PM)和氮氧化合物(NOx)为主,而PM和NOx的产生归因于发动机中燃料的不充分燃烧和不均匀燃烧导致的局部温度过高。氢气辅助柴油燃烧技术是利用氢气作为柴油车内燃机中的增强剂,促进柴油充分均匀燃烧,从而提高发动机效率,降低污染物的排放。本文选用甲醇自热重整制氢工艺作为辅助柴油燃烧的车载氢源,同时选用铜基催化剂用于甲醇自热重整反应。但由于柴油车尾气的温度变化范围较宽(200-600 ℃),铜基催化剂中活性组分铜颗粒在高温(>300 °C)时容易发生烧结,导致催化活性大大降低。为此,本文提出采用Sc203对传统铜基催化剂改性,目的是保证原有催化活性的情况下提高催化剂的稳定性。通过反向沉淀法合成了Cu/Sc2O3-ZnO和Cu/Sc2O3-ZnO/Al2O3两个系列催化剂,通过活性测试和稳定性试验比较了不同催化剂的性能,并结合XRF、XRD、FESEM、HRTEM、TPR、N20滴定、N2吸脱附试验、NH3-TPD、Raman、XPS系列表征手段,对催化剂的物理化学性质进行了分析讨论。在质量空速WHSV=13.4h-1,催化剂质量0.2g的条件下考察了Cu/Sc203-ZnO系列催化剂在不同钪添加量时的催化活性和稳定性。结果显示:随着钪的添加,催化剂的性能呈现出现先升后降的趋势,其中钪添加量为Sc/ZnO=0.05mol/mol的CZS-5催化剂性能最佳。活性测试中,当温度为300℃时,其甲醇转化率为83%,氢产率达到140μmolg-1s-1,而没有添加钪的催化剂其甲醇转化率仅47%。500℃高温老化15h后,催化剂的活性显示出明显差异:没有钪促进的催化剂几乎失活,而CZS-5催化剂依旧维持约55%的甲醇转化率。XRD,FESEM和HRTEM表征显示,钪的添加可以有效地降低催化剂中铜颗粒的尺寸;而N20滴定实验反映出,由于钪的促进,催化剂得到更高的Cu 比表面积和良好Cu分散,利于提高催化剂活性;TPR结果分析表明,钪可以促进Cu颗粒与ZnO的相互作用,提升抗烧结能力;通过Raman和XPS表征,分析推测ZnO晶体被Sc3+和Cu2+掺杂时引起氧空穴浓度升高,促进了甲醇自热重整反应的控制步骤—甲醇的解离吸附,同时掺杂形成新的Sc-Zn-O和Cu-Zn-O键,增强了活性组分与载体的相互作用。在同样的实验条件下测试分析了 Cu/Sc2O3-ZnO/Al2O3系列催化剂的性能,将铜含量由15wt%提高至40wt%并引入Al2O3载体后,催化剂的性能得到进一步提升,250 ℃时Sc2O3和Al2O3共同促进的CZSA催化剂甲醇转化率已经达到了 85%,在经过15 h高温老化后,催化活性几乎没有改变,显示出优异的稳定性。从两个系列的催化剂活性测试结果可以发现Sc2O3和Al2O3在提升铜基催化剂性能的同时也会增加CO的选择性,推测Sc2O3和Al2O3作为的酸效应促进了甲醇重整过程中的逆水煤气变换反应,通过NH3-TPD实验,证实了这一猜想。考虑到重整气辅助柴油燃烧的应用背景,CO的含量提升并没有实质的影响。