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文檔簡介

1、 國家自然科學(xué)基金申請書學(xué)科代碼:B060409受理部門: 收件日期:受理編號:第 17 頁 共 17 頁國家自然科學(xué)基金申 請 書您現(xiàn)在還不能填寫文檔或打印,請根據(jù)以下三個步驟操作: 1)如果您是Word2000或以上版本用戶,請把Word宏的安全性設(shè)為:"中" 方法: Word菜單->工具->宏->安全性->安全級,設(shè)置為"中" (如果您是Word97用戶,繼續(xù)執(zhí)行以下步驟) 2)關(guān)閉本文檔,重新打開本文檔 3)點(diǎn)擊"啟用宏"按鈕,即可開始填寫本文檔或打印了資助類別:面上項(xiàng)目亞類說明:地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目 附注

2、說明:項(xiàng)目名稱:新型抗熱震NZP族磷酸鹽陶瓷催化劑載體的制備研究申 請 者:祝琳華 電話托單位:昆明理工大學(xué)通訊地址:云南省昆明市學(xué)府路253號郵政編碼:650093 單位電話-mail :ding5601申報(bào)日期: 2003年3月6日國家自然科學(xué)基金委員會基本信息申 請 者 信 息姓名性別女 出生年月1967年7 月民族漢族 學(xué)位碩士 職稱副教授 主要研究領(lǐng)域精細(xì)磷酸鹽陶瓷材料 電E-mailding5601傳真 個人網(wǎng)頁 工作單位昆明理工大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院化工系 在研項(xiàng)目批準(zhǔn)號 依托單位信息名稱代 碼6

3、5009301 聯(lián)系人侯競斌 E-mailLzshen. 電網(wǎng)站地址 合作單位信息單 位 名 稱代 碼 項(xiàng) 目 基 本 信 息項(xiàng)目名稱資助類別面上項(xiàng)目 亞類說明地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目 附注說明 學(xué)科代碼B060409:催化劑工程 E021304:其他無機(jī)非金屬類材料 基地類別 預(yù)計(jì)研究年限2004年1月 2006年12月研究屬性應(yīng)用基礎(chǔ)研究 總預(yù)算經(jīng)費(fèi)20萬元申請經(jīng)費(fèi)20萬元摘 要項(xiàng)目研究內(nèi)容和意義簡介(限400字):在前期已經(jīng)成功研制出具有零膨脹特性的抗熱震性能良好的NZP族磷酸鹽陶瓷的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步將此類材料開發(fā)為新的催化劑載體材料。本項(xiàng)目以凈化汽車尾氣的三效貴金屬催

4、化劑為應(yīng)用目標(biāo),用共沉淀法制備具有零膨脹或低熱膨脹性能的NZP族磷酸鹽載體,用浸漬法在載體上負(fù)載Pt、Rh、Pd貴金屬活性組分,制成貴金屬催化劑,選擇凈化汽車尾氣CO、HC、NO的催化氧化反應(yīng)為模型反應(yīng),檢驗(yàn)催化劑的活性,研究這種新型載體與貴金屬活性組分之間的相互作用,載體的化學(xué)組成、表面修飾和改性對催化劑活性的影響,為三效貴金屬催化劑的設(shè)計(jì)和制造提供新的抗熱震載體材料,為充分利用云南省的磷資源優(yōu)勢,生產(chǎn)高附加值的精細(xì)磷酸鹽材料提供新途徑。關(guān) 鍵 詞(用分號分開,最多5個)NZP族磷酸鹽陶瓷,催化劑載體,抗熱震性能 項(xiàng)目組主要成員編號姓 名出生年月性別職 稱學(xué) 位單位名稱電話E-mail項(xiàng)目分

5、工每年工作時(shí)間(月)11967年7月女副教授碩士昆明理工大ing5601項(xiàng)目負(fù)責(zé)人821963年10月男教授碩士昆明理工大pliao研究方案指導(dǎo)631968年6月女講師碩士昆明理工大angjin621載體制備試驗(yàn)研究641963年2月男教授碩士昆明理工大syjsybt活性檢驗(yàn)方案指導(dǎo)研究651964年6月女副教授碩士昆明理工大pli催化劑制備試驗(yàn)研究661964年2月女副教授碩士昆明理工大uh催化劑活性評價(jià)678910總?cè)藬?shù)高級

6、中級初級博士后博士生碩士生6510000說明: 1. 高級、中級、初級、博士后、博士生、碩士生人員數(shù)由申請者負(fù)責(zé)填報(bào),總?cè)藬?shù)自動生成。說明: 2. 第一人必須是申請者,信息從前面自動讀入。經(jīng)費(fèi)預(yù)算 (單位:萬元) 科 目預(yù)算金額備注(計(jì)算依據(jù)與說明)一研究經(jīng)費(fèi)17.00001科研業(yè)務(wù)費(fèi)7.5000 (1)測試/計(jì)算/分析費(fèi)2.0000主要用于催化劑的表征測試(2)能源/動力費(fèi)0.5000實(shí)驗(yàn)室水電費(fèi)(3)會議費(fèi)/差旅費(fèi)3.0000調(diào)研、參加學(xué)術(shù)會議(4)出版物/文獻(xiàn)/信息傳播事務(wù)費(fèi)2.0000用于資料檢索、發(fā)表論文、申請專利(5)其他0.00002實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)3.5000(1)原材料/試劑/藥品

7、購置費(fèi)2.0000用于購買制備載體和催化劑的試劑和原材料(2)其他1.5000購買催化劑活性檢驗(yàn)用的CO、O 、N 和比表面測定用的液N 、H 3儀器設(shè)備費(fèi)2.5000(1)購置0.5000購買低值易耗品 (2)試制2.0000改裝現(xiàn)有小型固定床反應(yīng)裝置用于催化劑活性檢驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)室改裝費(fèi)2.5000用于對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行簡單的裝修和改造,以防止某些設(shè)備受潮和腐蝕5協(xié)作費(fèi)1.0000用于對外聯(lián)絡(luò)6其他0.0000二國際合作與交流費(fèi)0.0000 1項(xiàng)目組成員出國合作交流0.00002境外專家來華合作交流0.0000三勞務(wù)費(fèi)2.0000四管理費(fèi)1.0000按規(guī)定提取五其他0.0000 經(jīng) 費(fèi) 總 預(yù) 算20

8、.0000 申 請 經(jīng) 費(fèi)20.0000 其他經(jīng)費(fèi)來源(單位:萬元)自然科學(xué)基金其他項(xiàng)目資助經(jīng)費(fèi) 0.0000國家其他計(jì)劃資助經(jīng)費(fèi) 0.0000其他經(jīng)費(fèi)資助(含部門匹配) 0.0000合 計(jì)0.0000 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目申請書報(bào)告正文(一)立項(xiàng)依據(jù)與研究內(nèi)容(4000-8000字): 1、項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)適合作為催化劑活性組分的過渡金屬中,八個貴金屬占了很大比例,而貴金屬常負(fù)載在較大比表面積載體上,故載體是負(fù)載型貴金屬催化劑的一個重要組成部分,它既能減少貴金屬用量,降低催化劑成本,又能提高貴金屬催化劑的活性表面積、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性,延長催化劑的使用壽命,同時(shí),載體的性質(zhì)對活性組分的狀態(tài)、催

9、化活性及選擇性也會產(chǎn)生重要的影響12。 目前,汽車尾氣中所含的CO、HC、NOX三種污染物的凈化采用以貴金屬Pt、Rh、Pd為活性組分的三效催化劑345 ,由于汽車尾氣溫度不恒定,啟動時(shí)溫度低,加速時(shí)溫度可高達(dá)1000,且處于不斷的震動中,因此要求載體具有優(yōu)良的抗熱震、抗機(jī)械震動性能和大的比表面積?,F(xiàn)在使用的載體是在蜂窩狀的堇青石上涂覆活性Al2O3后形成的一個復(fù)合載體,使用這種載體存在兩個問題,首先是現(xiàn)階段國內(nèi)自行生產(chǎn)的載體性能不好,用進(jìn)口的載體材料使催化劑成本上升;其次,由于Al2O3 的熱膨脹系數(shù)較大,抗熱震性能差,而直接在堇青石上負(fù)載貴金屬則催化劑的活性不好,故需要借助低熱膨脹材料堇青

10、石作為基底,將比表面積較大的活性Al2O3涂覆其上,這使催化劑的生產(chǎn)工序變得復(fù)雜,而且,涂覆Al2O3的過程中,由于Al2O3懸浮料漿濃度會發(fā)生改變,影響了涂層質(zhì)量的穩(wěn)定性。 若能夠找到一種可同時(shí)賦予三效貴金屬催化劑良好的活性和抗熱震性能的載體材料,則有望成為現(xiàn)在使用的Al2O3/堇青石復(fù)合載體的一個極具競爭力的替代材料。 NZP族磷酸鹽陶瓷正好具備了這樣的可能性,依據(jù)有兩個,其一,NZP族材料是一類具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)但組成不同的新型結(jié)構(gòu)功能陶瓷材料6,母體組成為NaZr2P3O12(簡稱NZP),它性能上最大的特點(diǎn)是熱膨脹系數(shù)可設(shè)計(jì),即通過組成的調(diào)整,能使平均熱膨脹系數(shù)從負(fù)值到正值連續(xù)變化,可

11、獲得抗熱震性能良好的零膨脹材料,若將NZP族磷酸鹽陶瓷開發(fā)為載體材料,可使以它為載體的催化劑能夠承受溫度急劇變化所帶來的熱沖擊,不會因膨脹或收縮而粉碎,從而提高催化劑的使用壽命。其二,NZP族磷酸鹽陶瓷在晶體的空間結(jié)構(gòu)上也具備了開發(fā)為載體材料的可能性,其晶體結(jié)構(gòu)中由PO4四面體和ZrO6八面體以共頂點(diǎn)方式形成的三維網(wǎng)絡(luò)通道中存在三類空隙6,這些空隙可以被不同的金屬離子占據(jù),這樣的空間結(jié)構(gòu)特征為其作為催化劑載體提供了極大的可能性。我們項(xiàng)目組對所制備的經(jīng)過900煅燒的NZP族材料用氮吸附法測試了比表面積,結(jié)果為60m2/g至150 m2/g之間,適合作為催化劑載體,而且通過降低煅燒溫度還可以使比表

12、面積增大。 綜上所述,NZP族磷酸鹽陶瓷從材料的結(jié)構(gòu)特征到熱膨脹性能等方面都具備了作為優(yōu)良的抗熱震催化劑載體的前提條件,所以將其開發(fā)為新的催化劑載體材料是一項(xiàng)很有意義的工作,而此項(xiàng)工作目前國內(nèi)外尚未見具體的研究報(bào)道,僅簡單提及NZP族材料有此應(yīng)用前景。如果研究證實(shí)NZP族磷酸鹽陶瓷能使負(fù)載的貴金屬具有良好的活性,則可望成為現(xiàn)行三效貴金屬催化劑載體的一個有競爭力的替代材料。即便研究結(jié)果表明NZP族材料表面仍需涂覆活性Al2O3,才能使貴金屬催化劑的活性滿足要求,那么,NZP族磷酸鹽材料作為繼堇青石之后的另一個候選基底材料,無論在抗熱震性能還是機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性方面,都完全可以和堇青石

13、相媲美,尤其是對充分利用云南省豐富的磷資源生產(chǎn)高附加值的精細(xì)磷酸鹽材料有實(shí)用價(jià)值。 此外,由于NZP族磷酸鹽陶瓷熱膨脹系數(shù)的可設(shè)計(jì)性,使它能夠與多種材料的熱膨脹性能相匹配,這一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在設(shè)計(jì)整體式微通道催化反應(yīng)器7方面同樣具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 對NZP族磷酸鹽陶瓷研究較為深入的是美國和日本,已經(jīng)合成的NZP族陶瓷包括堿金屬系列的MZr2P3O12(M=Li,Na,K,Rb,Cs)和堿土金屬系列的MZr4P6O24(M=Mg,Ca,Sr,Ba)89,國內(nèi)二十世紀(jì)90年代才開始對NZP族材料的研究報(bào)道。本項(xiàng)目組在前期研究中應(yīng)用材料設(shè)計(jì)的概念,設(shè)計(jì)并制備出兩個系列的NZP族陶瓷Ca1-xBaxZr

14、4P6O24(0<x<1.0)和Sr1-xK2xZr4P6O24(0<x<1.0),通過組成的調(diào)整實(shí)現(xiàn)了熱膨脹系數(shù)從負(fù)值到正值的連續(xù)可調(diào),并得到三個零膨脹材料,20-1000的平均線膨脹系數(shù)分別為 - 0.8×10-6/、0.6×10-6/和0.2×10-6/,具有良好的抗熱震性能1011。已有研究表明,孔結(jié)構(gòu)的存在并不影響材料的熱膨脹特性12。長期以來,對該族材料的研究主要集中在粉體制備和低熱膨脹特性方面,且國外報(bào)道的粉體制備方法多為溶膠-凝膠法,而本項(xiàng)目組在前期工作中用簡單易行的共沉淀法合成了平均粒徑2m左右的超細(xì)NZP族化合物的粉體,

15、通過低分子有機(jī)溶劑分散,很好地解決了粉體制備中的團(tuán)聚問題3,為工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ),并完成了粉體的成型、燒結(jié)條件的研究和燒結(jié)體抗壓性、抗熱震性及熱膨脹特性的研究(前期制備的NZP族陶瓷樣品的最高抗壓強(qiáng)度可達(dá)288Mpa)。本項(xiàng)目組擬在前期研究成果的基礎(chǔ)上,選擇具有零膨脹或低熱膨脹特性的NZP族磷酸鹽材料,將其進(jìn)一步開發(fā)為新的催化劑載體材料,對這種新的載體進(jìn)行表征,為催化劑設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如比表面、孔徑、比孔容等);然后以磷酸鹽陶瓷為載體,采用浸漬法制備負(fù)載型三效貴金屬催化劑,表征所制備的催化劑,以凈化汽車尾氣的的催化氧化反應(yīng)為模型反應(yīng),在小型固定床反應(yīng)器中進(jìn)行催化劑活性檢驗(yàn),研究載體性質(zhì)對催

16、化劑活性的影響,為工業(yè)催化劑設(shè)計(jì)提供新型抗熱震載體材料。主要參考文獻(xiàn): 李玉敏.工業(yè)催化原理M.天津:天津大學(xué)出版社,2000. 潘履讓 固體催化劑的設(shè)計(jì)與制備M.天津:南開大學(xué)出版社,1993. 滕加偉,宋慶英等.催化法脫除NOx的研究進(jìn)展J.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備 2000,1:38-45. 屠兢,伏義路等.Pd/- Al2O3三效催化劑中助劑的作用J.催化學(xué)報(bào),2001,22(4):390-3945陳耀強(qiáng),龔茂初,史忠華等.高性能稀土儲氧材料和P-R型汽車尾氣凈化三效催化劑研制J.四川大學(xué)學(xué)報(bào)(增刊),2002,34(8):285-286.6 陳玉清,丁子上,方中華. NZP族陶瓷的組成

17、與分類J.材料導(dǎo)報(bào),1995,5:37-41.7 江莉龍,林誠,鄭起.整體式微通道反應(yīng)器一種新穎的催化劑反應(yīng)器J.四川大學(xué)學(xué)報(bào)(增刊),2002,34(8):342-346.8LIMAYE S Y, AGRAWAL D K, MCKINSTRY H A. Synthesis and Thermal Expansion of MZr4P6O24(M = Mg, Ca, Sr, Ba)J. J Am Ceram Soc,1987,70(10):232-236.9 IMAYE S Y, AGRAWAL D K, RUSTUM ROY. Synthesis, sintering and thermal

18、 expansion of Ca1-xSrxZr4P6O24 an ultra-low thermal expansion ceramicsystemJ.J.Mater.Sci.1991,26:93-98.10. 祝琳華,廖學(xué)品,郎小川等.磷酸鹽陶瓷Ca1-xBaxZr4(PO4)6零膨脹組成的耐熱沖擊性研究J.無機(jī)材料學(xué)報(bào),2001,16(3):452-458.11祝琳華,楊勁等. 提高NZP族陶瓷耐熱沖擊性的研究J. 中國陶瓷,2002,38 (2): 8-10.12胡曉珍,葛曼珍,楊輝. NZP材料低熱膨脹性能研究J. 材料科學(xué)與工程,1998,16:39-42.13祝琳華,廖學(xué)品等.

19、共沉淀法制備Ca1-xBaxZr4(PO4)6粉體的研究J.硅酸鹽學(xué)報(bào),2001,3: 271-274.2、 項(xiàng)目的研究內(nèi)容、研究目標(biāo),以及擬解決的關(guān)鍵問題 研究內(nèi)容: 從前期研究已經(jīng)成功制備的材料中選擇組成上有代表性,并且具有零膨脹或低熱膨脹特性的6種不同化學(xué)組成的NZP族磷酸鹽材料作為研究對象,它們分別是CaZr4P6O24、Ca0.85Ba0.15Zr4P6O24、BaZr4P6O24和SrZr4P6O24、Sr0.5KZr4P6O24、KZr2P3O12,對載體進(jìn)行表面修飾和改性,然后采用浸漬法負(fù)載Pt、Rh、Pd三種貴金屬活性組分,對催化劑進(jìn)行表征,研究載體組成、載體的修飾和改性對貴

20、金屬活性組分形態(tài)的影響,在此基礎(chǔ)上完成對載體組成和制備條件的初步篩選,再用篩選出的載體制備Pt-Rh-Pd三元催化劑,以汽車尾氣中CO、HC、NOX的催化氧化反應(yīng)為模型反應(yīng),進(jìn)行活性檢驗(yàn)。具體內(nèi)容包括五個方面:(1) 磷酸鹽載體的制備及表征 我們在前期研究中已較好地解決了共沉淀法制備磷酸鹽粉體過程中的團(tuán)聚及分步沉淀問題,故本項(xiàng)目的載體制備仍然沿用這種方法。共沉淀法合成的前驅(qū)體是無定形的,須經(jīng)過高溫煅燒才能轉(zhuǎn)化為NZP型晶體化合物,煅燒溫度將對載體的表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響,故本項(xiàng)目將對載體進(jìn)行表征,包括物相、比表面積和比孔容,研究煅燒溫度對磷酸鹽載體的相組成、比表面積及孔結(jié)構(gòu)的影響,確定合適的煅

21、燒溫度。(2) 載體的修飾和改性研究負(fù)載型催化劑中,載體的表面性質(zhì)對活性組分的狀態(tài)和行為有重要影響,本項(xiàng)目擬采用不同pH值的酸溶液對載體進(jìn)行表面修飾;采用引入稀土氧化物的方法對載體進(jìn)行改性,研究載體表面修飾和改性對貴金屬活性組分的物相結(jié)構(gòu)、分散度和催化活性的影響,確定合適的表面修飾和改性條件。(3) 負(fù)載型貴金屬催化劑的制備選擇貴金屬Pt、Rh、Pd為活性組分,先不考慮催化劑的成型方法,以不同制備條件所獲得的NZP 族磷酸鹽材料為載體,采用最簡單的浸漬法制備細(xì)顆粒催化劑供活性檢驗(yàn)用。(4)催化劑的表征 對所制備的催化劑進(jìn)行表征,根據(jù)表征的結(jié)果,研究載體的化學(xué)組成、煅燒溫度及載體的修飾、改性對活

22、性組分形態(tài)、分散度及催化活性的影響,獲得貴金屬活性組分在不同性質(zhì)的載體上的形態(tài)、分散度和催化活性,進(jìn)行載體組成和制備條件的篩選。(5)催化劑的活性檢驗(yàn)以CO、HC、NOX三種機(jī)動車排放的污染物的催化氧化為模型反應(yīng),在小型固定床反應(yīng)器中,對所制備的貴金屬催化劑進(jìn)行活性檢驗(yàn),研究載體性質(zhì)對催化劑活性的影響。 研究目標(biāo):通過對以上內(nèi)容的研究,擬獲得NZP族磷酸鹽載體組成、制備條件(包括載體的煅燒溫度,載體修飾和改性條件)與Pt、Rh、Pd貴金屬活性組分的形態(tài)、催化劑活性表面積和催化劑活性的關(guān)系,進(jìn)行載體組成和制備條件的篩選,最終制備出具有良好抗熱震性能,且能賦予貴金屬活性組分良好的催化活性的新型NZ

23、P族磷酸鹽載體,為三效貴金屬催化劑設(shè)計(jì)和制備提供新的性能優(yōu)良的載體材料。 擬解決的關(guān)鍵問題: 通過本項(xiàng)目的研究,擬重點(diǎn)解決以下科學(xué)問題(1)NZP族磷酸鹽載體的組成對貴金屬活性組分形態(tài)和活性的影響;(2)載體的煅燒溫度對貴金屬催化劑活性比表面積、比孔容、活性組分形態(tài)和活性的 影響;(3)載體的修飾和改性對貴金屬活性組分形態(tài)和活性的影響;(4)NZP族磷酸鹽載體與貴金屬間的相互作用原理。3、 擬采取的研究方案及可行性分析 將NZP族磷酸鹽材料用做貴金屬催化劑的載體是一次新的嘗試,雖然從族磷酸鹽材料的結(jié)構(gòu)、性能來分析,它可以成為貴金屬催化劑良好的載體,但結(jié)果仍有待于試驗(yàn)研究證實(shí)。鑒于此,本項(xiàng)目擬采

24、取兩套研究方案,方案一是在NZP族磷酸鹽材料上直接負(fù)載貴金屬;方案二則是在NZP族磷酸鹽材料上涂覆活性Al2O3后,再負(fù)載貴金屬,亦即將族磷酸鹽材料開發(fā)成Al2O3族材料復(fù)合載體。研究內(nèi)容以方案一為主,方案二作為候補(bǔ)方案,如果研究結(jié)果證實(shí)NZP族材料直接擔(dān)負(fù)貴金屬其活性不能滿足要求,則再按照方案二繼續(xù)進(jìn)行研究。 方案一 研究方法、技術(shù)路線和實(shí)驗(yàn)手段:(1) 磷酸鹽載體的制備與表征 用共沉淀法分別制備具有零膨脹特性和低熱膨脹特性的6種不同組成NZP族磷酸鹽陶瓷粉體Ca1-xBaxZr4P6O24(x=0、0.15、1.0,簡稱CBZP)和Sr1-xK2xZr4P6O24 (x=0、0.5、1.0

25、,簡稱SKZP)的前驅(qū)體,分別在800、1100、1200煅燒,得到6種不同組成的載體。載體表征內(nèi)容和方法:用XRD研究不同煅燒溫度得到的載體的物相;用N2吸附BET容量法測定載體的比表面;用CCl4法測定載體比孔容;載體形貌用TEM觀察。 (2)NZP族磷酸鹽載體的修飾和改性載體表面修飾:將一定量的載體浸漬在不同pH值的硝酸水溶液中保持?jǐn)?shù)小時(shí)后濾出、烘干、焙燒,得到不同pH值溶液修飾的載體。載體的改性:將載體用Ce(NO3)3溶液浸漬處理,得到經(jīng)稀土氧化物改性的載體。研究經(jīng)過修飾和改性的載體對活性組分物相結(jié)構(gòu)、分散度以及載體與活性組分間相互作用的影響。(3)負(fù)載型貴金屬催化劑制備及表征 制備

26、方法:采用常規(guī)分步浸漬法,將制備的6種載體分別用一定濃度的Pt、Rh、Pd的鹽溶液浸漬,然后在120下烘干,空氣中500焙燒2小時(shí),再經(jīng)過450下H2還原1小時(shí),得到負(fù)載 Pt- Rh -Pd的貴金屬催化劑。表征的內(nèi)容及方法:用XRD測定催化劑本體的物相結(jié)構(gòu);用EPMA測定催化劑本體的化學(xué)組成;催化劑表面的物相組成用XPS測定;采用化學(xué)吸附測定活性表面積;用NH3-TPD表征催化劑的表面酸性;用H2-TPR表征催化劑還原性;通過電子顯微鏡觀察貴金屬在載體表面的分散度。(4)催化劑三效轉(zhuǎn)化活性檢驗(yàn) 以CO、HC、NOX三種大氣污染物的催化氧化反應(yīng)為模型反應(yīng),檢驗(yàn)三元貴金屬催化劑的三效轉(zhuǎn)化活性。模

27、型反應(yīng)氣體:含0.1% NO ,1.5% CO,0.15% C3H6和一定含量O2(使原料氣的氧化還原當(dāng)量比數(shù)S=1),以N2作為平衡氣;活性檢驗(yàn)裝置:專用的多路固定床連續(xù)流動小型反應(yīng)器;測試內(nèi)容:不同載體上Pt-Rh-Pd三元催化劑的三效轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化關(guān)系;氣體產(chǎn)物分析方法:CO用GC-102型氣相色譜儀熱導(dǎo)檢測(TCD),C3H6用SC-6型色譜儀氫焰檢測(FID),NO 和NO2用8840型化學(xué)發(fā)光式氮氧化物分析器檢測。方案二 研究方法、技術(shù)路線和實(shí)驗(yàn)手段:(1) 網(wǎng)眼多孔NZP族磷酸鹽陶瓷坯體的制備 采用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備具有三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的高氣孔率多孔NZP族磷酸鹽陶瓷作

28、為復(fù)合載體的基底。網(wǎng)眼多孔陶瓷的成型分兩個階段: 第一階段用共沉淀法制備NZP族磷酸鹽陶瓷粉體SKZP和CBZP的前驅(qū)體料漿,采用有機(jī)泡沫浸漬工藝,選擇具有貫通氣孔的軟質(zhì)聚氨酯海綿作為骨架,用制備好的高粘度磷酸鹽漿料浸漬有機(jī)泡沫體,擠出多余的漿料,在室溫下養(yǎng)護(hù)24小時(shí),然后在約100下干燥12小時(shí),干燥后的試樣在600下燒掉有機(jī)泡沫體,并繼續(xù)在800對素坯進(jìn)行預(yù)燒,得到網(wǎng)眼預(yù)制體;第二階段用粘度較低的相同組成的磷酸鹽漿料對網(wǎng)眼預(yù)制體進(jìn)行涂覆-干燥-涂覆處理,然后在1300燒結(jié)成型,得到組成為SKZP和CBZP的抗熱震多孔NZP族磷酸鹽陶瓷。(2) Al2O3/SKZP、Al2O3/CBZP復(fù)合

29、載體的制備 將網(wǎng)眼多孔NZP族陶瓷坯體浸漬在Al2O3懸浮液漿料中,形成水合Al2O3包覆在網(wǎng)眼陶瓷表面,干燥后在450下焙燒處理,使水合Al2O3轉(zhuǎn)化為- Al2O3,獲得Al2O3/SKZP和Al2O3/CBZP復(fù)合載體,復(fù)合載體的孔結(jié)構(gòu)通過SEM進(jìn)行觀察。(3) Al2O3/SKZP復(fù)合載體的抗熱震性能檢驗(yàn) 將所制備的復(fù)合載體置于1000高溫下烘烤一段時(shí)間后,再在室溫下冷卻,如此反復(fù)多次,直至載體表面出現(xiàn)裂紋,用反復(fù)熱震的次數(shù)衡量載體的抗熱震性能,并與現(xiàn)在使用的Al2O3/堇青石復(fù)合載體的抗熱震性能進(jìn)行比較。(4)三效貴金屬催化劑制備及活性檢驗(yàn) 采用分步浸漬法,分別用Pt-Rh-Pd的鹽

30、溶液對已經(jīng)制備好的復(fù)合載體進(jìn)行分步浸漬,然后烘干、焙燒、H2還原,得到網(wǎng)眼多孔復(fù)合載體負(fù)載的三效貴金屬催化劑。 用CO、HC、NOX的催化氧化反應(yīng)對所制備的Pt-Rh-Pd/-Al2O3/SKZP和Pt-Rh-Pd/-Al2O3/CBZP催化劑的三效轉(zhuǎn)化活性進(jìn)行檢驗(yàn),與現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的Pt-Rh-Pd/Al2O3/堇青石催化劑的活性進(jìn)行對比。針對實(shí)際應(yīng)用的活性檢驗(yàn)必要時(shí)可以委托昆明鉑業(yè)公司(原昆明貴金屬研究所)直接用機(jī)動車排放的尾氣在試驗(yàn)裝置上進(jìn)行,該公司目前是以進(jìn)口的蜂窩狀堇青石涂覆活性Al2O3的復(fù)合載體負(fù)載貴金屬生產(chǎn)凈化汽車尾氣的三效催化劑。4、年度研究計(jì)劃及預(yù)期研究結(jié)果年度計(jì)劃安排:

31、2004年1月2004年12月:資料檢索和進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn),在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方 案,完成載體制備、表征,撰寫階段性研究論文;2005年1月2005年12月:進(jìn)行載體表面修飾、改性和催化劑的制備及表征研究, 完成載體的初步篩選,撰寫和發(fā)表階段性研究論文;2006年1月2006年12月:在初步篩選載體的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步制備三元貴金屬催化 劑,進(jìn)行催化劑的三效活性檢驗(yàn),完成載體的最后篩選, 確定合適的載體組成及其制備、修飾和改性條件,綜合 實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行理論總結(jié)并寫出綜合研究報(bào)告,發(fā)表文 章,申請專利,結(jié)題驗(yàn)收。預(yù)期研究成果:(1) 用共沉淀法制備6種具有零膨脹或低熱膨脹特性的NZP族磷酸鹽載體材料

32、,完成載體的表征,確定制備條件;(2) 完成載體的表面修飾和改性研究,確定合適的載體表面修飾和改性方法;(3) 用浸漬法制備出以Pt、Rh、Pd為活性組分,以磷酸鹽材料為載體的負(fù)載型催化劑;完成催化劑的表征和活性檢驗(yàn),獲得載體性質(zhì)與活性組分形態(tài)及催化活性的關(guān)系;(4) 篩選出能賦予貴金屬催化劑良好活性和良好抗熱震性能的載體,確定這種載體的組成、制備條件、表面修飾及改性方法,為負(fù)載型貴金屬催化劑設(shè)計(jì)提供新的抗熱震載體材料;(5) 根據(jù)研究成果發(fā)表論文5篇,申請專利1至2項(xiàng)。(二)研究基礎(chǔ)與工作條件1、工作基礎(chǔ) 從1996年起,本項(xiàng)目組即開始進(jìn)行“耐熱沖擊磷酸鹽陶瓷材料的研制開發(fā)與基礎(chǔ)理論研究”課

33、題(云南省科委青年基金資助96B060Q),經(jīng)過三年的研究,已經(jīng)成功制備出熱膨脹系數(shù)連續(xù)可調(diào)的NZP族磷酸鹽陶瓷 Ca1-xBaxZr4P6O24(0x1) 和Sr1-xK2xZr4P6O24(0x1),掌握了從粉體合成到燒結(jié)的完整工藝過程,重點(diǎn)解決了超細(xì)粉的制備工藝、燒結(jié)條件對致密化進(jìn)程和材料力學(xué)性能的影響、材料的低熱膨脹特性與其化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系等科學(xué)問題,已在國內(nèi)核心期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文8篇,其中被Ei收錄2篇。研究成果已于1999年12月通過專家組鑒定,鑒定意見認(rèn)為該研究所提出的理論與方法在濕化學(xué)法粉體制備方面具有較高的學(xué)術(shù)意義及應(yīng)用前景,所制備的磷酸鹽陶瓷材料具有較好的力學(xué)性能,

34、并通過組成的調(diào)整獲得了平均熱膨脹系數(shù)接近零(0.2×10-6/)且熱膨脹異向性很小的Sr1-xK2xZr4P6O24陶瓷材料,研究成果處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,建議加強(qiáng)應(yīng)用研究。2001年,我們用ST-03型比表面-孔徑測定儀測試了所制備的零膨脹組成的粉體的比表面積,證實(shí)了該材料具有作為催化劑載體的可能性。2、工作條件本項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)研究擬在昆明理工大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院磷化工重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,目前我們實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)具備進(jìn)行磷酸鹽陶瓷載體制備、表征和進(jìn)行催化劑制備及活性評價(jià)所需的主要儀器設(shè)備,個別分析項(xiàng)目可在云南省科委分析測試中心解決。我校磷化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有以下儀器設(shè)備:共沉淀法制備超細(xì)粉體裝置

35、 自制DBL-B型表面電位-粒徑儀 上海上立檢測儀器廠干壓成型裝置 自制常壓燒結(jié)電爐(最高溫度可達(dá)1300) 長沙實(shí)驗(yàn)電爐廠ST-03型比表面-孔徑測定儀 北京分析儀器廠連續(xù)流動小型固定床試驗(yàn)裝置 華東理工大學(xué)自制GC-120型氣相色譜儀 上海分析儀器廠3申請人簡歷 祝琳華:女,碩士,副教授,項(xiàng)目申請人和負(fù)責(zé)人。1967年出生,1989年畢業(yè)于華東化工學(xué)院無機(jī)化工專業(yè),獲學(xué)士學(xué)位,2001年6月獲四川大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位,現(xiàn)為昆明理工大學(xué)在職博士研究生,研究方向?yàn)镹ZP族磷酸鹽材料的應(yīng)用與基礎(chǔ)理論研究。申請者從1998至今一直從事磷酸鹽材料的研究、開發(fā),是云南省科委青年基金項(xiàng)目“耐熱沖擊磷

36、酸鹽陶瓷材料的研制開發(fā)與基礎(chǔ)理論研究”(96B060Q)的第二完成人,省教委基金項(xiàng)目“磁流體密封”(9942079)的第二完成人,具備較為扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和科研積累,較強(qiáng)的獨(dú)立工作能力和協(xié)作能力,近期在國內(nèi)核心期刊上發(fā)表的與本項(xiàng)目有關(guān)的論文共7篇:1 祝琳華,廖學(xué)品,郎小川等 .磷酸鹽陶瓷Ca1-xBaxZr4(PO4)6零膨脹組成的耐熱沖擊性研究J. 無機(jī)材料學(xué)報(bào),2001,16(3):452-458.(已被Ei收錄)2 祝琳華,廖學(xué)品,郎小川等. 共沉淀法制備Ca1-xBaxZr4(PO4)6粉體的研究J. 硅酸鹽學(xué)報(bào),2001,29(3):271-274.(Ei收錄期刊)3 祝琳華,廖學(xué)品

37、,楊勁等.燒結(jié)條件對磷酸鹽陶瓷低熱膨脹特性的影響J. 功能材料,2002, 33(1):90-92. (Ei收錄期刊)4 祝琳華,楊勁,廖學(xué)品. 提高NZP族陶瓷耐熱沖擊性的研究J. 中國陶瓷,2002,38 (2): 8-10.5 祝琳華,廖學(xué)品,郎小川等 . 磷酸鹽陶瓷Ca1-xBaxZr4(PO4)6粉體制備的分散機(jī)理研究J. 材料導(dǎo)報(bào),2001,15(6):65-67.6. 祝琳華. 添加劑對NZP族磷酸鹽陶瓷熱膨脹性能的影響J. 硅酸鹽學(xué)報(bào),2003,31(5) (待發(fā)表). (Ei收錄期刊)7 祝琳華,楊勁,廖學(xué)品. NZP族陶瓷材料的制備工藝及其性能研究進(jìn)展J. 云南大學(xué)學(xué)報(bào),2

38、001,24(1):259-262.廖學(xué)品:1986年畢業(yè)于成都科技大學(xué)化學(xué)工程專業(yè),1989年獲成都科技大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位。主持過省科委項(xiàng)目“耐熱沖擊磷酸鹽陶瓷材料的研制開發(fā)與基礎(chǔ)理論研究”,在本項(xiàng)目中擔(dān)任研究方案指導(dǎo),近期發(fā)表與本項(xiàng)目有關(guān)的論文:1 廖學(xué)品,祝琳華,郎小川等. 磷酸鹽陶瓷材料的熱膨脹特性J.材料科學(xué)與工程,2000,18(4):45-48.2 廖學(xué)品,祝琳華,楊勁等.低熱膨脹磷酸鹽陶瓷材料的合成J.四川大學(xué)學(xué)報(bào),2001,33(2):38-42(已被Ei收錄)楊 勁:1990年畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè),2000年獲四川大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位,云南省科委項(xiàng)目“耐

39、熱沖擊磷酸鹽陶瓷材料的研制開發(fā)與基礎(chǔ)理論研究”的主要研究者之一,在本項(xiàng)目中承擔(dān)載體制備試驗(yàn)研究任務(wù),近期發(fā)表的與本項(xiàng)目有關(guān)的論文:1 楊勁,廖學(xué)品等.Sr0.5Zr2P3O12陶瓷力學(xué)性能研究J.中國陶瓷,2001,37(3):7-9.2 楊勁,廖學(xué)品,祝琳華等.復(fù)合磷酸鋯鍶鉀的燒結(jié)研究J.現(xiàn)代技術(shù)陶瓷,2002,23(1):3-7.角仕云:1986年畢業(yè)于華南工學(xué)院無機(jī)化工專業(yè),1989年獲華南工學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位,長期從事“化學(xué)反應(yīng)工程”的教學(xué)和科研,云南省科委項(xiàng)目“耐熱沖擊磷酸鹽陶瓷材料的研制開發(fā)與基礎(chǔ)理論研究”的主要完成人之一,在反應(yīng)器設(shè)計(jì)方面有專長,發(fā)表過多篇論文,在本項(xiàng)目中主

40、要承擔(dān)催化劑活性檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)研究、指導(dǎo)任務(wù)。李滬萍:1986年畢業(yè)于成都科技大學(xué)化學(xué)冶金專業(yè),1989年獲成都科技大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位。長期從事“磷化工工藝學(xué)”和“化工熱力學(xué)”教學(xué),主持完成了云南省科委項(xiàng)目“鈣鎂磷肥高爐內(nèi)熱過程研究”,發(fā)表研究論文多篇。在本項(xiàng)目中承擔(dān)催化劑制備實(shí)驗(yàn)研究任務(wù)。羅康碧:1986年畢業(yè)于成都科技大學(xué)化學(xué)冶金專業(yè),1989年獲成都科技大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位。長期從事“化學(xué)反應(yīng)工程”的教學(xué),主持過云南省教委項(xiàng)目“水熱法處理重金屬共沉積物制備鐵氧體磁粉”,發(fā)表研究論文多篇。在本項(xiàng)目中承擔(dān)催化劑活性檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)研究任務(wù)。 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目申請書簽字和蓋章頁(此頁不用填寫

41、!) 申 請 者:祝琳華 依托單位:昆明理工大學(xué)項(xiàng)目名稱:新型抗熱震NZP族磷酸鹽陶瓷催化劑載體的制備研究 資助類別:面上項(xiàng)目 亞類說明:地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目附注說明: 申請者承諾: 我保證申請書內(nèi)容的真實(shí)性。如果獲得基金資助,我將履行項(xiàng)目負(fù)責(zé)人職責(zé),嚴(yán)格遵守國家自然科學(xué)基金委員會的有關(guān)規(guī)定,切實(shí)保證研究工作時(shí)間,認(rèn)真開展工作,按時(shí)報(bào)送有關(guān)材料。若填報(bào)失實(shí)和違反規(guī)定,本人將承擔(dān)全部責(zé)任。 簽字: 項(xiàng)目組主要成員承諾: 我保證有關(guān)申報(bào)內(nèi)容的真實(shí)性。如果獲得基金資助,我將嚴(yán)格遵守國家自然科學(xué)基金委員會的有關(guān)規(guī)定,切實(shí)保證研究工作時(shí)間,加強(qiáng)合作、信息資源共享,認(rèn)真開展工作,及時(shí)向項(xiàng)目負(fù)責(zé)人報(bào)送有關(guān)材料。

42、若個人信息失實(shí)、執(zhí)行項(xiàng)目中違反規(guī)定,本人將承擔(dān)相關(guān)責(zé)任。編號姓 名工作單位名稱項(xiàng)目分工每年工作時(shí)間(月)簽 字1祝琳華昆明理工大學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人82廖學(xué)品昆明理工大學(xué)研究方案指導(dǎo)63楊勁昆明理工大學(xué)載體制備試驗(yàn)研究64角仕云昆明理工大學(xué)活性檢驗(yàn)方案指導(dǎo)研究65李滬萍昆明理工大學(xué)催化劑制備試驗(yàn)研究66羅康碧昆明理工大學(xué)催化劑活性評價(jià)678910依托單位及合作單位承諾: 已按填報(bào)說明對申請人的資格和申請書內(nèi)容進(jìn)行了審核。申請項(xiàng)目如獲資助,我單位保證對研究計(jì)劃實(shí)施所需要的人力、物力和工作時(shí)間等條件給予保障,嚴(yán)格遵守國家自然科學(xué)基金委員會有關(guān)規(guī)定,督促項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和項(xiàng)目組成員以及本單位項(xiàng)目管理部門按照國家自然科學(xué)基金委員會的規(guī)定及時(shí)報(bào)送有關(guān)材料。依托單位公章 合作單位公章1 合作單位公章2 合作單位公章3日期: 日期: 日期: 日期:個人簡歷-1 個人信息中文姓名:祝琳華 拼音姓名:Zhu Linhua 民族:漢族 性別:女 出生日期:1967-7-31 身份證:530102670731242職稱:副教授 主要研究領(lǐng)域:精細(xì)磷酸鹽陶瓷材料 最高學(xué)位:碩士 授予國別(地區(qū)):中國 授予年份:2001院士: 博士后:

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