堇青石负载Pd-Pt型催化剂的制备及催化甲烷燃烧性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240154

摘要/Abstract

摘要：

以Pt（NH₃）₄Cl₂和Pd（NO₃）₂·2H₂O为Pt和Pd的前驱体盐，堇青石（Crd）陶瓷蜂窝材料为载体，采用浸渍法制备了Pd-Pt/Crd型催化甲烷燃烧性能的催化剂Pd-Pt/Crd-1［n（Pd）∶n（Pt）=1∶2］和Pd-Pt/Crd-2［n（Pd）∶n（Pt）=2∶1］。实验表明，2种催化剂均能在载体表面均匀分散，且Pt和Pd存在形式相同。其中，掺杂n（Pd）∶n（Pt）=2∶1型催化剂的颗粒间空隙大于n（Pd）∶n（Pt）=1∶2，其表面上负载的金属Pd/Pt的催化位点多于n（Pd）∶n（Pt）=1∶2。此外，掺杂n（Pd）∶n（Pt）=2∶1的催化剂的表面存在更加丰富的酸性位点，具有更加优异的热稳定性。催化甲烷燃烧反应活性的实验显示，2种催化剂均能在450 ℃达到几乎100%的甲烷的完全转化效率，其中n（Pd）∶n（Pt）=2∶1型催化剂在燃烧温度为410 ℃时能够达到68.43%的甲烷转化效率，是n（Pd）∶n（Pt）=1∶2型催化剂（60.08%）的1.14倍，因此当金属Pd与Pt的掺杂摩尔比为2∶1时，该催化剂在低温区域表现出最佳的催化性能。

关键词: 催化剂, 双金属, 甲烷燃烧, 催化活性

Abstract:

Using Pt（NH₃）₄Cl₂ and Pd（NO₃）₂·2H₂O as precursor salts of Pt and Pd， and cordierite （Crd） ceramic honeycomb material as carrier， Pd-Pt/cordierite type catalysts for methane combustion performance， Pd-Pt/Crd-1［n（Pd）∶n（Pt）=1∶2］ and Pd-Pt/Crd-2［n（Pd）∶n（Pt）=2∶1］， were prepared by impregnation method. The measurement results show that both catalysts can be uniformly dispersed on the surface of the carrier， and Pt/Pd exist in the same form. Wherein the interstitial space between particles doped with n（Pd）∶n（Pt）=2∶1 type catalyst is greater than n（Pd）∶n（Pt）=1∶2， and the catalytic sites of metal Pd/Pt loaded on its surface are more than n（Pd）∶n（Pt）=1∶2. Moreover， catalyst doped with n（Pd）∶n（Pt）=2∶1 exhibits richer acidic sites on the surface， showing superior thermal stability. The experimental results on catalytic activity of methane combustion reaction show that both catalysts can achieve almost 100% complete methane conversion efficiency at 450 ℃. Impressively， the n（Pd）∶n（Pt）=2∶1 catalyst can achieve a methane conversion efficiency of 68.43% at a combustion temperature of 410 ℃， which is 1.14 times higher than the n（Pd）∶n（Pt）=1∶2 catalyst （60.08%）. Therefore， the catalyst demonstrates optimal catalytic performance in the low-temperature region when the doping molar ratio of metals Pd to Pt is 2∶1.

Key words: Catalysts, Bimetallic, Methane combustion, Catalytic activity

中图分类号:

O643

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图/表 9

图1 （A） Pd-Pt/Crd-1和（B） Pd-Pt/Crd-2催化剂的实物照片

Fig.1 Digital photographs of the （A） Pd-Pt/Crd-1 and （B） Pd-Pt/Crd-2 catalyst

图2 Pd-Pt/Crd催化剂的X射线衍射图

Fig.2 The X-ray diffraction pattern of Pd-Pt/Crd catalyst

表1 Pd-Pt/Crd催化剂的结构参数

Table 1 The structural parameters of Pd-Pt/Crd catalyst

Catalyst	Specific surface area/（m²·g^-1）	Total pore volume/（cm3·g^-1）	Average pore diameter/nm
Pd-Pt/Crd-1	14.983 9	0.063 0	16.821 0
Pd-Pt/Crd-2	11.407 0	0.046 7	16.377 6

图3 （A、C） Pd-Pt/Crd-1催化剂的SEM图；（B、D） Pd-Pt/Crd-2催化剂的SEM图

Fig.3 （A， C） The SEM image of Pd-Pt/Crd-1 catalyst；（B， D） The SEM image of Pd-Pt/Crd-2 catalyst

图4 （A） Pd-Pt/Crd-1和（B） Pd-Pt/Crd-2催化剂的TEM图；（C） Pd-Pt/Crd-1和（D） Pd-Pt/Crd-2催化剂的元素EDS mapping图（绿色： Pd；红色： Pt）

Fig.4 The TEM image of Pd-Pt/Crd-1 （A） and Pd-Pt/Crd-2 （B）； The elemental mapping images of energy-dispersive spectroscopy for Pd-Pt/Crd-1 （C） and Pd-Pt/Crd-2 （D）（green： Pd； red： Pt）

图5 Pd-Pt/Crd中（A） Pd3d和（B） Pt4f的XPS谱图

Fig.5 XPS spectra of （A） Pd3d and（B） Pt4f in Pd-Pt/Crd

图6 Pd-Pt/Crd的（A） CO2-TPD和（B） NH3-TPD曲线

Fig.6 The （A） CO2-TPD and （B） NH3-TPD curves of Pd-Pt/Crd catalyst

图7 （A） Pd-Pt/Crd-1和（B） Pd-Pt/Crd-2的TG-DSC曲线

Fig.7 The TG-DSC curves of （A） Pd-Pt/Crd-1 and （B） Pd-Pt/Crd-2

图8 Pd-Pt/Crd催化剂在不同反应温度下的甲烷转化率

Fig.8 The CH4 conversion rate of Pd-Pt/Crd catalyst at different reaction temperatures

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