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特殊形貌和特定晶型锰基氧化物催化剂的设计、制备及其催化炭烟燃烧性能研究

批准号:
22072095
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
于学华
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
于学华

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
柴油车尾气炭烟颗粒是城市大气雾霾主要来源之一,催化净化技术是解决柴油车尾气污染最有效手段之一,目前制约该技术发展的关键是高性能、低成本催化剂的研发。本项目拟制备一系列具有特殊形貌和特定晶型的锰基氧化物催化剂,同时通过碱(碱土)金属、过渡(稀土)元素的掺杂,实现促进炭烟颗粒与催化剂的接触和提高催化剂本征活性的目的,研究制备过程的影响因素和化学作用规律,发展特殊形貌和特定晶型锰基氧化物催化剂的制备新方法。利用多种表征手段对所制备催化剂进行结构和物化性能表征,探讨锰基氧化物催化剂的形貌和晶型与催化性能之间的构效关系;采用原位动态表征技术,研究催化反应机理和催化作用机制;结合理论计算模拟,深入认识炭烟颗粒催化燃烧过程的本质。本项目的实施将为进一步设计开发高活性、高稳定性及低成本的催化燃烧炭烟颗粒催化剂提供理论指导和科学依据,并为多相复杂体系催化氧化反应的高活性催化剂设计和研发提供解决思路。
英文摘要
Soot particles released from diesel engine exhausts are one of the main sources of urban air pollution. Catalytic purification technology is one of the most effective ways to solve diesel engine exhaust pollution. At present, the key factors restricting the development of this technology are the design and preparation of catalysts with excellent performance and low cost. In this project, to promote the contact efficiency between soot particles and catalyst, a series of novel Mn-based oxide catalysts with special morphologies and specific crystal forms are to be designed and developed by simple and facile methods. Meantime, the alkali (alkali earth) metals and transition (rare earth) elements are doped into the above Mn-based catalysts to enhance intrinsic activity of catalyst. The influence factors and rulers of chemical interaction in the preparation process are to be investigated and novel preparation methods for Mn-based catalysts with special morphology and specific crystal form are to be developed. Multiple characterization methods are adopted to study structure and physicochemical properties of as-prepared catalysts and to investigate the structure-function relationship between morphologies and crystal forms of catalysts and their catalytic performances. The in-situ dynamic characterization technologies will be used to study the catalytic reaction mechanism. Combined with theoretical computational simulation, the essence of the catalytic purification process of soot particles can be deeply understood. The implementation of this project can offer theoretical directions and scientific basis to further design and develop soot combustion catalysts with high activity, high stability and low cost. Meantime, it also can provide solving ideas about design and development of high active catalysts for heterogeneous complex catalytic oxidation reactions.
柴油车尾气炭烟颗粒是城市大气雾霾主要来源之一,催化净化技术是解决柴油车尾气污染最有效手段之一,目前制约该技术发展的关键是高性能、低成本催化剂的研发。本项目利用工艺简单、成本低廉的方法制备了一系列具有特殊形貌和特定晶型的锰基氧化物新型催化剂体系。主要包括:水钠锰矿型K2Mn4O8、隐钾锰矿型K2-xMn8O16、层状钠锰复合氧化物(NaxMnyOz)催化剂、不同金属掺杂Na2Mn3O7催化剂、层状结构的MnOδ催化剂、2×3隧道结构的罗曼石型Na2Mn5O10催化剂、中空纳米管状不同单一金属氧化物催化剂、中空纳米管状结构KxMnCoOδ催化剂、中空纳米管状K0.3xMnxCe1-xOδ催化剂等系列锰基催化剂。。所制备的催化剂在炭烟颗粒的催化净化中均展示出优异的催化性能,尤其是1%Ce-Na2Mn3O7具有比贵金属优异的催化活性,其T10、T50和T90分别为266、303和332 ℃。当反应体系中存在300 ppmSO2时,1%Ce-Na2Mn3O7依然具有优异的催化活性,其T10、T50和T90为269、315和369 ℃。此外,该催化剂在水蒸气存在的条件下进行循环测试中表现出优异的稳定性,其T50可降低至292 ℃。同时,利用多种表征手段对所催化剂进行结构和物化性能表征,探讨催化剂形貌结构和晶型与催化性能之间的构效关系。特别是利用原位动态表征技术,探讨上述制备的催化剂催化燃烧炭烟颗粒的失活机制及反应机理。本项目的开展为进一步设计开发高活性、高稳定性及低成本的催化燃烧炭烟颗粒催化剂提供理论指导和科学依据。.在项目执行期间,依托本项目已在国内外著名学术期刊上发表38篇研究论文,其中SCI收录论文33篇,申请专利5项,参加国际/国内学术会议30次,项目负责人作口头报告29次,培养已毕业硕士研究生3名。联合培养在读博士研究生2名,硕士研究生2名。依托本项目,项目负责人获批教育部“长江学者奖励计划”青年学者、“兴辽英才计划”青年拔尖人才,辽宁省优青、辽宁省优秀教师、沈阳市优秀科技工作者等人才称号。
过渡金属—有序大孔基CHA结构分子筛催化剂的构筑及其同时催化消除柴油机尾气炭烟颗粒与NOx性能研究
  • 批准号:
    22372107
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    于学华
  • 依托单位:
三维有序大孔-介孔钛硅复合载体担载钾掺杂过渡金属氧化物催化剂制备及催化燃烧炭烟颗粒性能研究
  • 批准号:
    21603149
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    于学华
  • 依托单位:
国内基金
海外基金