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钙钛矿型催化剂相比较传统Pt基催化剂具有成本低廉、热稳定性高等优势,但是该类催化剂小的比表面积以及较低的活性限制了其应用,本文以钙钛矿型La-Mn-O基催化剂为研究对象,采用溶胶凝胶法制备了大比表面的Ia-Mn-O纳米粉体以及纤维催化剂。分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、BET比表面积和孔径测定等技术对制备出的La-Mn-O钙钛矿型纳米粉体以及纤维催化剂的晶体结构、粒径、形貌、比表面积和孔容等性能进行了表征分析。采用热重分析法考察了纳米粉体以及纤维催化剂对柴油机颗粒物中主要成分碳黑的催化效果。探索了不同制备条件对纳米粉体以及纤维催化剂的晶体结构、表面形貌,比表面积以及催化氧化碳烟性能的影响及其影响机制。研究结果表明:煅烧温度以及柠檬酸与金属离子的摩尔比(CA/MC)对材料的比表面,孔容,孔径以及催化性能都有较大的影响。当CA/MC=0.9时,在650℃煅烧的粉体以及纤维具有最大的比表面,其中在该条件下纤维的比表面积高达73.5m2/g,是同样条件下粉体催化剂的1.8倍。热重分析结果表明,比表面积对碳烟燃烧的催化活性有较大的影响。碳烟转化温度(T50)随着比表面的升高而降低。
此外,采用浸渍LaMnO3,La0.8K0.2MnO3以及La0.8K0.2Co0.5Mn0.5O3催化剂对应的前驱体溶胶的方法成功将这三种催化剂涂覆在堇青石蜂窝陶瓷载体上。在模拟(热重分析)和真实条件(台架试验)下评价这三种催化剂对柴油机尾气碳烟的净化催化特性。结果表明,这三类催化剂对碳烟的消除都有明显的效果,其中负载La0.8K0.2MnO3催化剂的蜂窝陶瓷载体对柴油机尾气中碳烟的去除具有最好的捕集以及催化效果。
最后,为了给La-Mn-O基催化剂在柴油机排气后处理中的应用提供重要的技术支持和理论依据,对La0.8K0.2MnO3催化剂对柴油尾气净化的效果做了进一步的应用评价。结果显示,La0.8K0.2MnO3催化剂除了对柴油机尾气中碳烟较好的去除效果外,还对柴油机尾气中的未燃烃、CO以及氮氧化物也有一定的催化效果。当尾气温度达到400℃时,CO转化率可达到66.7%,HC转化率可达到41.9%,NOx可达到5.3%。