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研究生:連健宏
研究生(外文):Chien-Hung Lien
論文名稱:利用CeO2改質絲瓜絡結構SiC及其應用於Co3O4觸媒催化之一氧化碳氧化反應
論文名稱(外文):CeO2 MODIFIED LUFFA-STRUCTURED SiC AND THEIR APPLICATION IN Co3O4-CATALYZED CO OXIDATION
指導教授:林永仁林永仁引用關係
指導教授(外文):Yung-Jen Lin
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:材料工程研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
論文頁數:85
中文關鍵詞:絲瓜絡結構碳化矽一氧化碳氧化氧化鈷氧化鈰觸媒
外文關鍵詞:Luffa-structured SiCCO OixdationCo3O4CeO2catalyst
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本研究使用天然絲瓜絡製備成碳化矽作為觸媒擔體,再利用含浸法(impregnation)將硝酸鈷(Co(NO3)2)含浸在擔體上,製備成Co3O4/SiC擔體觸媒;為了提高觸媒之活性,另以CeO2&;not;進行SiC表面改質,製備成Co3O4/ CeO2/SiC。實驗以SEM觀察微觀組織,粉末X光繞射(XRD)探討擔體觸媒的結晶性,並以流式微反應系統探討Co3O4對CO氧化反應的效率。實驗結果發現Co3O4與SiC重量為15:100之Co3O4/ SiC觸媒,其T50最低,活性最佳。當Co3O4量增加到25:100時,Co3O4出現團聚進而造成觸媒活性降低。擔體觸媒熱處理以500℃為最適溫度,主要是因當熱處理溫度過高時,Co3O4會產生燒結,造成觸媒活性下降。以CeO2改善SiC表面時,皆能有效提高Co3O4觸媒活性,這主要是因CeO2有良好的儲氧能力。Co3O4/CeO2/SiC觸媒擔體中,當Co3O4與SiC重量比為15:100,CeO2與SiC重量比25:100時,其CO氧化之活性最佳,T50為141℃。
Natural luffa was converted into silicon carbide and used as catalyst supports. The luffa-structured SiC was impregnated with cobalt nitrate solution and heat treated to form Co3O4/SiC supported catalysts. In order to enhance the catalytic activity, CeO2 was also coated on the surface of SiC before loading with Co3O4 to form Co3O4/CeO2/SiC supported catalyst. To characterize the catalyst systems, Scanning electron microscopy (SEM was used for microstructural investigation, powder x-ray diffractometry (XRD) for crystal identification and CO oxidation efficiency for Co3O4 catalyst performance. Results showed when the weight ratio of Co3O4 to SiC was 15:100, the supported catalyst had its best activity (lowest T50). But when Co3O4 increased and the Co3O4 -to-SiC ratio reached 25: 100, catalyst activity decreased due to Co3O4 particle coalescence during heat treatment. The optimal temperature for catalyst heat treatment was 500℃. Higher heat treatment temperature caused sintering of Co3O4, which decreased its catalytic activity. Surface modification of SiC with CeO2 could effectively improve Co3O4 performance. This is supposed to be attributed to the good oxygen storage capacity of CeO2. In Co3O4/CeO2/SiC supported catalysts, the best combination was achieved when Co3O4 , CeO2 and SiC weight ratio was 15: 25:100. Such supported catalyst had its best CO oxidation performance with T50 =141℃.
目錄
中文合格證明書II
英文合格證明書III
誌謝IV
中文摘要II
英文摘要VI
目錄VII
表目錄XI
圖目錄XIII
第一章 前言1
第二章 文獻回顧3
2-1. 天然絲瓜絡性質3
2-2. 觸媒介紹3
2-3. 一氧化碳氧化反應5
2-4. 氧化鈷之特性7
2-5. 氧化鈰之特性10
2-6. 觸媒擔體14
2-7. 碳化矽15
第三章 實驗流程與裝置17
3-1. 觸媒擔體的製備與分析17
3-1-1. 絲瓜絡的處理17
3-1-2. 絲瓜絡碳化矽的製備18
3-2. Co3O4/SiC、Co3O4/CeO2/SiC擔體觸媒之製備18
3-2-1. Co3O4/SiC擔體觸媒之製備19
3-2-2. Co3O4/CeO2/SiC擔體觸媒之製備20
3-3. 觸媒擔體的鑑定分析22
3-3-1. 相分析測試22
3-3-2. SEM分析22
3-3-3. 還原性測試23
3-3-4. 一氧化碳氧化反應之觸媒活性測試23
第四章 結果與討論25
4-1. 擔體基本性質25
4-1-1. 絲瓜絡碳化矽XRD測試25
4-1-2. 不同擔體之SEM圖25
4-2. SiC與Co3O4、CeO2之重量比26
4-2-1. 觸媒進行TGA測試26 4-2-2. 計算Co3O4與CeO2重量公式 27 4-2-3. 含浸次數28 4-2-4. 前驅物水溶液濃度,熱處理溫度與Co3O4或CeO2
與SiC重量比29 4-3. 晶相分析30
4-4. 觸媒FE-SEM圖31
4-4-1. Co3O4/SiC擔體觸媒之FE-SEM圖31
4-4-2. 利用CeO2進行SiC表面改質33
4-4-3. Co3O4/CeO2/SiC之FE-SEM圖34 4-5. 擔體觸媒EDS元素分析34
4-5-1. Co3O4/SiC擔體觸媒之EDS分析35
4-5-2. Co3O4/CeO2/SiC擔體觸媒之EDS分析35
4-6. 觸媒擔體TPR測試36
4-6-1. x-Co-500/SiC與15-Co-T1/SiC之TPR測試36
4-6-2. 15-Co-500/y-Ce-500/SiC與15-Co-500/25-Ce-T2/SiC 之TPR測試37
4-7. CO氧化之觸媒活性分析37
4-7-1. x-Co-500/SiC之Oxidation測試37
4-7-2. 15-Co-T1/SiC之Oxidation測試38
4-7-3. 塊狀絲瓜絡結構與粒狀絲瓜絡結構之15-Co- 500/ SiC之CO Oxidation測試38
4-7-4. 15-Co-500/y-Ce-500/SiC之CO Oxidation測試9
4-7-5. 15-Co-500/25-Ce-T2/SiC之CO Oxidation測試40
第5章 結論78
第六章 未來方向80
參考文獻81




























表目錄
表4-1. SiC含浸在硝酸鈷水溶液(硝酸鈷:水=3.5:100)後乾燥重複
的次數,其SiC重、Co3O4/SiC重、Co3O4與SiC重量比46
表4-2. SiC含浸在硝酸鈰水溶液(硝酸鈰:水=5:100)後乾燥重複的次數,其SiC重、CeO2/SiC重、CeO2與SiC重量比46
表4-3. x-Co-500/SiC之SiC重、Co3O4/SiC重、Co3O4與SiC重量 比47
表4-4. 15-Co-T1/SiC之SiC重、Co3O4/SiC重、Co3O4與SiC重量 比47
表4-5. 15-Co-500/y-Ce-500/SiC之SiC重、CeO2/SiC重、Co3O4/ CeO2/ SiC重、CeO2與SiC重量比、Co3O4與SiC重量比48
表4-6. 15-Co-500/25-Ce-T2/SiC之之SiC重、CeO2/SiC重、Co3O4/
CeO2/SiC重、CeO2與SiC重量比、Co3O4與SiC重量比48
表4-7. 改變Co3O4濃度的x-Co-500/SiC做CO氧化活性測試時T50的溫度73
表4-8. Co3O4不同熱處理溫度下之15-Co-T1/SiC做氧化活性測試 時T50的溫度74
表4-9. 15-Co-500/SiC之Bulk與Powder型態進行CO氧化活性 測試時T50的溫度75
表4-10. 改變CeO2濃度之15-Co-500/y-Ce-500/SiC做CO氧化活 性測試時T50的溫度76
表4-11. CeO2不同熱處理溫度下之15-Co-500/25-Ce-T2/SiC做 CO氧化活性測試時T50的溫度77






























圖目錄
圖2-1. Co3O4的尖晶石(spinel)晶體結構及結構中兩種不同的晶格
氧離子圖9
圖2-2. CeO2的螢石(Flourite)晶體結構圖11
圖4-1.絲瓜絡碳與矽粉以莫耳比1:3的比例放入管狀爐中,在 氬氣的氣紛下,1500℃持溫四小時,合成出SiC的XRD繞射圖41
圖4-2.在600℃持溫四小時製的造出絲瓜絡碳之低倍SEM圖(a)與
高倍SEM圖(b) 42
圖4-3.在氬氣下1500℃下持溫四小時合成出的絲瓜絡碳化矽之 低倍SEM圖(a)、中倍SEM圖(b)、高倍SEM圖(c) 43
圖4-4.Co(NO3)2‧6H2O通入空氣自室溫以5℃/min升溫至
800℃之TGA圖44 圖4-5.Ce(NO3)2.6H2O通入空氣自室溫以5℃/min升溫至
800℃之TGA圖44
圖4-6. SiC含硝酸鈷通入空氣自室溫以5℃/min升溫至800℃之
TGA圖45
圖4-7. SiC含硝酸鈰通入空氣自室溫以5℃/min升溫至800℃之
TGA圖45
圖4-8. 含不同Co3O4濃度之x-Co-500/SiC擔體觸媒之XRD 之繞射圖49
圖4-9. 含不同CeO2濃度之15-Co-500/y-Ce-500/SiC擔體觸媒 之XRD 繞射圖49
圖4-10. 觸媒在不同溫度熱處理製備成15-Co-T1/SiC擔體觸媒 之XRD繞射圖50
圖4-11. 擔體在不同溫度熱處理製備成15-Co-500/25-Ce-T2/SiC
之XRD繞射圖50
圖4-12. 5-Co-500/SiC觸媒之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖51
圖4-13. 15-Co-500/SiC觸媒之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖52
圖4-14 . 25-Co-500/SiC觸媒之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖53
圖4-15. 15-Co-400/SiC 觸媒(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖54
圖4-16. 15-Co-600/SiC觸媒之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖55
圖4-17. 15-Co-700/SiC觸媒之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖56
圖4-18. 5-Ce-500/SiC擔體之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖57
圖4-19. 15-Ce-500/SiC擔體之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖58
圖4-20. 25-Ce-500/SiC擔體之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖59
圖4-21. 35-Ce-500/SiC擔體之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖60
圖4-22. 25-Ce-600/SiC擔體之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖61
圖4-23. 25-Ce-700/SiC擔體之(a)低倍與(b)高倍FE-SEM圖62
圖4-24. 15-Co-500/25-Ce-500/SiC觸媒之(a)低倍與(b) 高倍FE-SEM圖63
圖4-25. (a)為5-Co-500/SiC之SEM圖,圖(b)為圖(a)Si元素 分布,圖(c)為圖(a)Co元素分布,圖(d)為圖(a)之EDS分析圖64
圖4-26. (a)為15-Co-500/SiC之SEM圖,圖(b)為圖(a)Si元素
分布,圖(c)為圖(a)Co元素分布,圖(d)為圖(a)之ED分析圖65
圖4-27. (a)為25-Co-500/SiC之SEM圖,圖(b)為圖(a)Si元素 分布,圖(c)為圖(a)Co元素分布,圖(d)為圖(a)之EDS分析圖66
圖4-28. (a)為15-Co-500/5-Ce-500/SiC之SEM圖,圖(b)為圖(a) Si元素分布,圖(c)為圖(a)Co元素分布,圖(d)為圖(a) Ce元素分布,圖(e)為圖(a)之EDS分析圖67
圖4-29.(a)為15-Co-500/15-Ce-500/SiC之SEM圖,圖(b)為圖(a) Si元素分布,圖(c)為圖(a)Co元素分布,圖(d)為圖(a) Ce元素分布,圖(e)為圖(a)之EDS分析圖68
圖4-30. (a)為15-Co-500/25-Ce-500/SiC之SEM圖,圖(b)為圖(a) Si元素分布,圖(c)為圖(a)Co元素分布,圖(d)為圖(a) Ce元素分布,圖(e)為圖(a) 之EDS分析圖69
圖4-31. (a)為15-Co-500/35-Ce-500/SiC之SEM圖,圖(b)為圖(a) Si元素分布,圖(c)為圖(a)Co元素分布,圖(d)為圖(a) Ce元素分布,圖(e)為圖(a) 之EDS分析圖70
圖4-32. 改變Co3O4濃度之x-Co-500/SiC的TPR圖,以5℃/min 升溫至500℃所測得71
圖4-33. Co3O4不同熱處理溫度下之15-Co-T1/SiC的TPR圖,以5℃/min升溫至500℃所測得71
圖4-34. 改變CeO2濃度之15-Co-500/y-Ce-500/SiC的TPR圖,以
5℃/min升溫至500℃所測得72
圖4-35. CeO2不同熱處理溫度下之15-Co-500/25-Ce-T2/SiC TPR圖,
以5℃/min升溫至500℃所測得72
圖4-36. 改變Co3O4量之x-Co-500/SiC,在通入CO和O2的情況 下,以10℃/min升溫至400℃,CO轉換率與溫度關係圖73
圖4-37. Co3O4不同熱處理溫度下之15-Co-T1/SiC,在通入CO和 O2的情況下,以10℃/min升溫至400℃,CO轉換率與溫度關係圖74
圖4-38. 15-Co-500/SiC,以Bulk與Powder形態, 在通入CO 和O2的情況下,以10℃/min升溫至400℃,CO轉換率與溫度關係圖75
圖4-39. 改變CeO2量之15-Co-500/y-Ce-500/SiC,在通入CO和O2的情況下,以10℃/min升溫至400℃,CO轉換率與溫度關係圖76
圖4-40. CeO2不同熱處理溫度下之15-Co-500/25-Ce-T2/SiC,在通入CO和O2的情況下,以10℃/min升溫至400℃,CO轉換率與溫度關係圖77
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