自蔓延燃烧法制备锰氧化物催化剂及其催化燃烧炭烟颗粒

彭超，于迪，王斓懿，张春雷，于学华，赵震，

（1 沈阳师范大学化学化工学院，能源与环境催化研究所，辽宁 沈阳 110034；2 中国石油大学（北京）重质油国家重点实验室，北京 102249）

由于效率高、经济性好、耐用性强和可靠性高等优点，柴油发动机在重型车辆市场中具有广泛的应用。但是，柴油机排放的炭烟颗粒会导致严重的环境污染及危害人体健康。目前，柴油机炭烟颗粒捕集器（DPF）被认为是控制炭烟颗粒排放的最有效后处理手段之一。DPF 的工作原理通常涉及炭烟过滤以及累积炭烟颗粒的消除。一般来说，柴油机尾气的温度为200～400℃，该温度不能达到炭烟颗粒自行燃烧的温度（550～650℃）。因此，需要开发高效催化剂，实现炭烟颗粒在柴油机尾气排放温度范围内的催化消除。目前，研究人员开发了多种催化剂用于催化燃烧炭烟。其中，贵金属催化剂由于其低温下对炭烟颗粒的高催化活性而受到人们的普遍关注。但由于贵金属价格高昂，其广泛应用受到限制。非贵金属氧化物催化剂因其低成本和高活性的优势，成为目前研究的热点。近年来，一系列非贵金属催化剂，如碱金属氧化物、碱土金属氧化物、过渡金属氧化物和稀土金属氧化物等已经成为研究的热点。

锰基氧化物（MnO），作为重要的过渡金属氧化物催化剂，因其低廉的价格和优异的氧化还原特性而被广泛用于炭烟的催化燃烧研究。同时，MnO的制备工艺简单且具有丰富的晶型结构，如MnO（α-MnO、β-MnO、γ-MnO、δ-MnO和λ-MnO）、MnO、MnO和MnO 的多晶型。研究表明，锰氧化物催化剂的催化活性与其制备方法、形态和晶相等有密切关系。Zhang等利用水热法合成了四种不同晶体结构的锰氧化物催化剂（α-MnO、β-MnO、γ-MnO和δ-MnO），由于不同晶型的MnO具有不同的活性氧数量和晶格氧迁移率等，所制备锰氧化物在甲醛降解中的催化活性各不相同。除了晶体结构对锰基氧化物催化剂的性能有显著的影响外，不同的晶面结构也同样在催化反应尤其是炭烟颗粒的催化燃烧中起着重要的作用。例如，Cheng 等利用水热法制备了一系列不同晶面结构的α-MnO催化剂。结果发现，立方体α-MnO催化燃烧炭烟性能优于切去顶部的八面体和八面体α-MnO催化剂。Wagloehner 等采用水热法合成MnO、MnO、MnO催化剂，同时利用高温分解法合成MnO纳米颗粒催化剂。结果表明，高温分解法合成的MnO催化剂可以大幅度降低炭烟颗粒的起燃温度，其中催化剂的晶型、表面氧空位数和颗粒大小是决定催化剂性能的关键因素。目前，有多种方法制备锰氧化物催化剂，但部分制备方法存在反应周期长、需要特定设备且能量消耗高的缺点，不利于工业化应用。在众多方法中，自蔓延燃烧法（SPF）是利用反应物之间化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术。反应周期仅需几十秒，缩短了从实验室走向工业生产所需的时间，同时整个反应过程中不需要额外输入能量，降低了能耗成本。

基于上述分析，本文利用自蔓延燃烧法，以高锰酸钾和一水柠檬酸为原料制备锰氧化物催化剂；通过XRD、SEM、N吸附-脱附、H-TPR、O-TPD 和XPS 等手段对催化剂的物化性质进行表征，并考察原料配比以及煅烧温度对催化炭烟颗粒燃烧性能的影响。本文采用的SPF能够利用高锰酸钾分解产生气态氧气和柠檬酸分解产生的CO和气态水蒸气改变催化剂的物化性质，进而起到调控催化剂催化性能的作用。

1 材料和方法

1.1 材料

一 水 柠 檬 酸（CHO·HO）、 高 锰 酸 钾（KMnO），国药集团化学试剂有限公司。

1.2 催化剂的制备

首先，将一定量的KMnO和CHO·HO 固体分别放入玛瑙研钵中研成粉末；随后，将两种前体转移到玛瑙研钵中继续研磨约5min；然后，将混合物转移到瓷舟内，用药匙堆放成松散的长条；用明火点燃粉末的一端，KMnO和CHO·HO 燃烧发生固相氧化还原反应（约10s，反应产物包括KMnO、MnO、CO、HO）；产品冷却后，收集所得粉末，用去离子水洗涤3～4次（以去除样品中的可溶性物质），将获得的滤饼置于烘箱内100℃干燥12h；最后，将得到的样品放入马弗炉中煅烧3h，冷却到室温后，得到锰氧化物催化剂。此外，将研磨后的KMnO粉末直接放入马弗炉中煅烧3h，得到无柠檬酸参与的催化剂。通过改变煅烧温度和KMnO与CHO·HO 的摩尔比制备一系列催化剂，催化剂的原料用量如表1所示。为表述简便，将催化剂命名为M--，其中M 代表锰氧化物，为KMnO与CHO·HO的摩尔比，为煅烧温度。与直接煅烧法相比，自蔓延法制备的产品收率较高，收率均能达到80%以上。

表1 制备催化剂的配方

1.3 催化剂的性能表征

采用日本理学公司Ultima ⅣX 射线衍射仪（XRD）鉴定样品的晶相。入射光源为Cu K辐射，管电压和管电流分别保持在40kV和40mA，扫描范围10°～90°，扫描速率10°/min，步长0.02°。

采用日立SU8010N 场发射扫描电子显微镜（SEM）获得了扫描电子显微镜图。为了更清楚地观察其形态，在测量之前，将测试样品涂覆10nm Au。

采用美国麦克仪器公司3020 型吸附仪测量-196℃时的氮气吸附-解吸等温线，并对催化剂比表面积及孔容进行分析。测试前，样品在300℃下脱气预处理4h。最后利用BET 法计算样品比表面积，用BJH法分析样品孔道结构。

采用天津先权仪器有限公司5076 型化学吸附仪进行H-TPR 表征。将100mg 催化剂填充到石英反应器中，并在300℃的Ar中预处理1h。当温度冷却至室温时，将流动气体切换为10%（体积分数）的H/Ar，然后以10℃/min 的加热速率将催化剂加热至800℃，通过热导检测器（TCD）收集氢消耗信号。

采用与H-TPR表征相同的装置进行了O-TPD表征。将100mg的样品置于固定床管状石英反应器中，并在300℃的O中预处理1h。冷却至室温后，将气体流量切换到He，温度以10℃/min 的速率上升到900℃。采用TCD测定释放的O。

采用Thermo ESCALAB 250Xi 对样品进行X 射线光电子能谱（XPS）表征测试，用于分析样品表面化学元素组成及其化学状态。得到的样品测试数据用284.8eV 处的碳（C 1s）结合能对其进行荷电校正。

1.4 催化剂的活性评价

在固定床管式石英反应器（=8mm）上，通过程序升温氧化反应（TPO）对催化剂的催化性能进行评估，升温速率为2℃/min，选取Degussa公司提供的Printex U型炭烟作为模拟炭烟。具体过程如下：称取100mg 催化剂和10mg 烟灰，放置于称量纸上，用药匙轻轻地将催化剂与炭烟混合物均匀混合，以达到松散的接触模式，随后放置于反应器中。将气体充分混合至所需的气体体积分数（0.2%NO、10%O和Ar平衡），然后送入反应器系统；反应气体混合物的总流速保持在50mL/min，对应3×10mL/(h·g)的气体空时速度（GHSV）。通过在线气相色谱仪（GC，Agilent，7890B）使用火焰离子化检测器（FID）分析出口气体的组成。在进入FID之前，CO和CO在380℃由Ni催化剂的转化器完全转化为CH，以、和分别定义为炭烟转化率为10%、50%和90%的温度来评价催化剂活性。在所有的TPO 实验中，直到炭烟完全燃烧掉，反应结束。

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

图1(a)为KMnO与CHO·HO不同摩尔比条件下锰氧化物催化剂的XRD 衍射图。与JCPDS 粉末衍射卡片对比，直接高温分解KMnO得到的M-∞-450 催化剂和采用SFP 法制备的M-6-450、M-9-450、M-12-450、M-15-450 催化剂的晶型主要为由水钠锰矿型，其衍射峰在2=12.3°(001)、25.1°(002)、37.4°(200)、39.6°(111)和65.6°(020)属 于KMnO的衍射峰（JCPDS No. 80-1098）。随着摩尔比的增加，M-12-450 和M-15-450 催化剂中出现隐钾锰矿晶相，其中2=17.8°(200)、28.6°(310)、41.6°(310)、49.5°(411)和60.4°(216)为 隐 钾 锰 矿KMnO的衍射峰（JCPDS Card No.44-1386）。由于SFP 法是快速氧化还原放热反应过程，CHO·HO 既充当还原剂，又充当驱动反应继续进行的燃料，因此KMnO晶相的产生可归因于反应体系中柠檬酸减少导致燃烧反应的不充分。图1(a)中“●”所标出的位于2=18.0°(101)、28.9°(112)、32.4°(103)、36.1°(211)、44.4°(220)、50.8°(105)和59.9°(224)的M-3-450 催化剂的衍射峰属于MnO（JCPDS No.80-0382）。相比于其他M-催化剂，M-3-450催化剂XRD衍射图谱差异更为明显，MnO晶体的形成可归因于CHO·HO量相对较高时，Mn过度还原成低价态，这导致催化剂含有更多的Mn和Mn。由XRD 的结果可知，调节KMnO与CHO·HO 摩尔比可以得到不同晶型的锰氧化物。

图1 不同原料配比和不同煅烧温度下合成的催化剂的XRD衍射图

炭烟的催化燃烧反应是高温氧化还原过程，为了防止催化剂氧化炭烟过程中发生相变，因此，将洗涤干燥后的催化剂在不同温度下进行煅烧。图1(b)为KMnO与CHO·HO摩尔比为12∶1下得到的不同煅烧温度锰氧化物催化剂的XRD 衍射图。由图可知该系列催化剂均由KMnO和KMnO组成，说明煅烧温度的变化不改变催化剂的晶型，但是催化剂的组成会随着煅烧温度的变化而变化。根据催化剂中两种晶体的峰面积计算发现，煅烧温度850℃时所制备的M-12-850 催化剂组分中KMnO含量最多，达到了1.23%。此外，随着煅烧温度的提高，衍射峰更尖锐，强度更高，半峰宽窄小，表明催化剂结晶度增加和粒径增大。根据XRD衍射图中（2=12.3°）衍射峰的半峰宽，通过Scherer 公式计算催化剂的微晶尺寸，得出催化剂的晶粒尺寸随着煅烧温度的提高略微的增大，450℃、550℃、650℃、750℃、850℃下煅烧催化剂的晶粒尺寸分别为14nm、16nm、18nm、19nm、21nm。

2.2 SEM分析

图2为不同KMnO与CHO·HO摩尔比下所制备催化剂的SEM 照片。由图可知，不同原料配比所合成催化剂之间的形貌差异显著。原料摩尔比3∶1合成的M-3-450[图2(b)]催化剂由形态和尺寸不一的颗粒、短棒和片状结构相互堆积组成且团聚现象严重。M-6-450[图2(c)]和M-9-450[图2(d)]催化剂由厚度0.1～0.35μm 不规则片状结构组成，该结构分散均匀，未发生明显的团聚现象。当原料摩尔比大于9∶1 时，催化剂颗粒相互团聚，片状结构消失，出现大小不一的孔状结构[图2(e)、(f)]。这是因为当还原剂的量逐渐减少时，燃烧反应逐渐平静下来，在保持催化剂结构稳定的同时，反应产生的大量气体产物可以起到孔隙的作用。孔结构的产生，往往会增加样品的比表面积。大的比表面积将增强催化剂与反应物的接触。同时，更多的反应部位和缺陷会暴露，有利于炭烟的燃烧。相比于SPF制备的催化剂，通过直接煅烧纯KMnO制备的M-∞-450 催化剂[图2(a)]则呈现板状形貌，类似于风化的岩壁，并且存在孔状结构。

图3 是KMnO与CHO·HO 摩尔比为12∶1 得到的不同煅烧温度下催化剂的SEM 照片。从图可以看出，煅烧温度对催化剂的形貌有很大影响。相比于M-12-450[图2(e)]催化剂，煅烧温度550℃制备的M-12-550[图3(a)]催化剂，表面凹凸和褶皱较为明显，孔结构逐渐减少，棒状结构开始出现。随着煅烧温度的进一步提高，褶皱和孔结构基本消失，颗粒和棒状结构增加[图3(b)、图3(c)]。这是因为较高的煅烧温度导致孔结构的塌陷并形成了棒状纳米结构。当煅烧温度为850℃时，M-12-850催化剂呈现出较规则、均一的短棒结构，棒长度为0.1～0.76μm，直径为50～200nm，氧化物纳米棒分散均匀，未发生明显团聚现象。

图2 不同原料配比下合成的催化剂的SEM图

图3 不同煅烧温度下合成催化剂的SEM图

2.3 N2吸附-脱附分析

图4 为所制备催化剂的N吸附-脱附等温线和BJH孔径分布。根据IUPAC对迟滞回线和等温线的分类，所制备的催化剂均属于Ⅲ型等温线吸附曲线和H3 型滞后环，表明催化剂具有介孔结构。如图4(a)所示，M-∞-450、M-12-450 和M-15-450 催化剂在相对压力0.4～1.0 下具有相似的滞后环，主要归因于催化剂自身孔的结构。M-3-450、M-6-450和M-9-450催化剂在相对压力0.69～1.0下存在滞后环，主要由于交错的纳米片中存在的堆积介孔结构。图4(c)为不同煅烧温度下催化剂的N吸附-脱附等温线。由图可以看出，M-12-550、M-12-650、M-12-750 和M-12-850 催化剂同样在高相对压力0.8～1.0 中存在滞后环，其产生的原因如前所述。此外，由图还可以发现，所制备的催化剂在相对压力较低时（<0.4），因为可逆的单层吸附原因，催化剂的N吸附-脱附曲线相对平稳。图4(b)、(d)显示了不同原料配比下制备的每种催化剂BJH孔径分布。所有样品均显示出丰富的介孔和一些微孔（<2nm）的多级孔结构。催化剂在2～5nm 处所有曲线均出现特征峰，表明所有催化剂均有介孔生成，并且所制备的每个催化剂在10～60nm 均出现特征峰，表明催化剂存在堆积孔。

图4 所合成催化剂的N2吸附/解吸等温线和BJH孔径分布

表2是所制备催化剂的比表面积、总孔容和孔径等结构参数列表。从表2 可知，当KMnO与CHO·HO摩尔比为3时，M-3-450催化剂的比表面积和孔体积分别仅为2.3m/g和0.009cm/g。其原因为当柠檬酸的含量较多时，制备过程中的燃烧反应异常强烈，放出大量的热，导致催化剂的烧结和结构的崩溃，从而催化剂的表面积和孔体积减少。不同原料比制备催化剂的比表面积变化规律为：M-3-450（2.3m/g）

表2 制备的催化剂的理化性质

2.4 H2-TPR分析

炭烟的催化燃烧是复杂的气-固（炭烟）-固（催化剂）多相反应。催化剂的性能与催化剂本身的氧化还原性有着密切的联系。因此，本文采用H-TPR 法对所制备的催化剂的可还原性进行了表征，结果如图5 所示。由图5(a)可知，除M-3-450和M-∞-450 催化剂外，所制备的催化剂在200～450℃范围内均出现2 个明显的还原峰，其中温度较低的还原峰对应KMnO-MnO，温度较高的还原峰对应MnO-MnO。M-∞-450 催化剂出现了一个重叠的还原峰。M-3-450 催化剂中出现了三个还原峰，对应三个阶段：KMnO-MnO、MnO-MnO 以 及MnO-MnO。M-12-450 催 化 剂在245℃出现的一个还原峰是所有催化剂中温度最低的还原峰，表明M-12-450催化剂对炭烟具有更高的催化燃烧活性。此外，不同煅烧温度对催化剂的可还原性也有较大影响。从图5(b)可知，该系列催化剂均出现2个明显的还原峰，所对应还原过程如前所述。随着煅烧温度的提高，催化剂样品的还原峰温度并非呈现单向上升趋势。当煅烧温度高于450℃时，M-12-650催化剂的还原峰温度明显低于其他三者。M-12-550 和M-12-750 催化剂具有相近且最高的还原峰温度，因此两者氧化还原性最差。造成M-12-550、M-12-650 和M-12-750 催化剂可还原性的不同，可能与催化剂中KMnO和KMnO组成含量、晶体粒径和分散度有关。

图5 不同原料配比和不同煅烧温度下合成的催化剂的H2-TPR图

2.5 O2-TPD分析

除还原性外，催化剂中的活性氧物种在炭烟燃烧中也起着重要作用。图6 为M-3-450、M-12-450、M-12-850 和M-∞-450 催化剂的O-TPD 曲线。如图6 所示，所制备催化剂在50℃≤≤250℃、250℃≤≤500℃和500℃≤≤900℃的温度范围内出现了三种氧解析峰。其中，第一种氧解析峰归属于催化剂氧空位上的表面活性氧物种（O）。第二种氧解析峰对应于催化剂氧空位上的化学吸附氧（O），它与催化剂中的表面缺陷或表面阳离子有很强的相互作用。最后一种氧解析峰与催化剂晶格氧（O）的释放有关。对M-∞-450 催化剂而言，可以明显看出该催化剂在200℃下的氧解析峰强于M-3-450、M-12-450和M-12-850催化剂（图6插图），这一现象说明M-∞-450催化剂上的表面活性氧物种覆盖率大于其他三者。对于M-12-450催化剂，可以看出催化剂在250℃≤≤500℃温度范围内，具有峰面积最大、强度最高的氧解析峰（即化学吸附氧最多）。这种氧物种有利于提高催化剂的活性，该物种的脱附温度区间与炭烟颗粒燃烧的温度区间相一致。而在温度范围500℃≤≤900℃出现的强而尖锐的氧解析峰，是由于催化剂体相晶格氧的析出。

图6 所制备催化剂的O2-TPD图

2.6 XPS分析

除催化剂的本征氧化还原性能外，催化剂表面的元素组成、价态对炭烟催化燃烧性能也有重要影响。因此，采用XPS 对M-3-450、M-12-450、M-12-850 和M-∞-450 催化剂的元素组成、价态进行了表征，其结果如图7 和表3 所示。图7(a)为所制备催化剂的Mn 2p 的光谱图。由图可以得到，结合能为641.6eV 和653.5eV 且不对称的峰归属于Mn 2p和Mn 2p。所制备的催化剂Mn 2p的光谱图的结合能与文献报道的Mn和Mn的结合能基本一致。Mn 2p峰的两个区域，分别对应于结合能在643.0～643.7eV 范围内的Mn和结合能在641.5～641.9eV 范围内的Mn。同时，Mn 2p峰在结合能650～657.5eV 范围内也显示了两种Mn 物种。两种Mn 离子的Mn 2p 特征峰详细拟合结果见表3。显然，不同的煅烧温度和原料配比对催化剂表面Mn和Mn含量有显著的影响。所制备催化剂中Mn的含量都大于Mn，表明该实验中的制备方法将产生更多Mn。随着KMnO与CHO·HO 摩尔比增加，Mn含量增大，其中M-12-450 催化剂具有最高的Mn含量，而在相同原料比下，煅烧温度增加，Mn含量减少，结合催化剂活性测试结果可以得出，Mn更有利于炭烟的催化燃烧。图7(b)为所制备催化剂的O 1s 的光谱图。由图可以得到，经过拟合后这些催化剂相应的O 1s 光谱图显示出三个特征峰，分别标记为O-Ⅰ、O-Ⅱ和O-Ⅲ。O-Ⅰ氧物种的结合能在529.1～529.3eV 范围内，其分别归属于与金属阳离子结合的晶格氧离子，如Mn—O和K—O—Mn键。而结合能在530.9～531.1eV 范围内的O-Ⅱ物种则归属于低配位的缺陷氧化物或某些化学吸附氧，结合能为532.9eV 的O-Ⅲ物种可归属于表面氧离子。各种催化剂的氧物种的含量如表3 所示，其中M-12-450 催化剂的O-II 氧物种含量最高，此结果与O-TPD 一致。这均证明在本实验中化学吸附氧起到了重要作用。

表3 所制备催化剂的锰和氧物种的表面组成和氧化状态

图7 所制备催化剂Mn 2p和O 1s的XPS光谱图

2.7 催化剂活性评价

表4 列出了所制备的锰氧化物催化剂对炭烟催化燃烧性能结果。为了便于比较，同时测试了纯炭烟在相同的反应气氛下的燃烧温度。如表4所示，在无催化剂参与条件下，纯炭烟燃烧的、和分别为408℃、539℃和584℃，CO选择性为49.2%。对比所制备的催化剂的活性，发现催化活性随KMnO与CHO·HO 摩尔比的增大，呈现先升高后降低趋势。当KMnO与CHO·HO 摩尔比为12∶1 时，M-12-450 催化剂催化燃烧炭烟温度最低，、和的值分别为284℃、327℃和360℃。与纯炭烟燃烧温度差最大，其Δ、Δ、Δ分别为124℃、212℃、224℃，该催化剂在所制备的催化剂中具有最好的催化活性。不同原料配比合成催化剂的催化活性顺序为：M-12-450>M-15-450>M-12-450>M-∞-450>M-9-450>M-6-450>M-3-450。其中，M-15-450 与M-3-450活性顺序与可还原性顺序差异较为明显。这是因为炭烟的催化燃烧受两个因素影响：炭烟与催化剂之间的接触条件和催化剂的固有活性。大的比表面积能够增加催化剂和反应物之间的接触，从而增强催化剂催化活性（图8 所示）。虽然M-15-450 催化剂还原峰温度低于M-3-450 催化剂，但其比表面积最大。因此，M-15-450 催化剂催化活性高于M-3-450 催化剂。同时，与无CHO·HO参与的M-∞-450 催化剂和直接煅烧法制备的M-12-450催化剂的活性相比，存在CHO·HO 并且原料比大于9∶1 时自蔓延燃烧法所制备的催化剂活性更高，这表明适量还原剂加入自蔓延燃烧法有利于催化剂活性的增强。煅烧温度对催化剂的活性影响较小，当煅烧温度高于550℃后，催化剂的活性基本保持不变。此外，采用SFP 法制备的催化剂对炭烟燃烧的CO选择性远远高于纯炭烟燃烧的CO选择性，所有值均超过96%。由于柴油机尾气的排放温度在175～400℃，因此，当柴油机正常稳定工作时（尾气温度约400℃），除了M-3-450 催化剂，制备的其他催化剂均能够完全地催化燃烧炭烟颗粒。

图8 所制备催化剂比表面积与炭烟催化活性的关系

表4 所制备的炭烟燃烧催化剂的催化活性

为了进一步比较所制备催化剂的催化性能，与以往文献报道的其他锰氧化物催化剂的催化炭烟燃烧性能进行了比较。表5详细列出了催化剂的反应气氛、催化剂和炭烟的用量以及关键测量值。由于每种催化剂的实验条件不同，不可能对它们进行准确的比较。但是，根据炭烟燃烧温度粗略比较催化剂的活性是可行的。如表5 所示，与不含碱金属的MnO-N-550、α-MnO-HN和MnO-HNS催化剂相比，本研究制备的M-12-450催化剂值较低，表明Mn 与K 之间的相互作用有利于增强炭烟催化燃烧，该催化剂对炭烟具有有较好的催化活性。而相比含碱金属的K-OMS-2/3DOM SiO-50催化剂，可以发现M-12-450催化剂、、与其基本一致，说明两者活性相当。但大孔催化剂的制备过程复杂，合成催化剂周期相对较长，相比之下M-12-450催化剂仍然具有一定优势。而CsMnO/3DOM SiO催化剂催化活性高于M-12-450催化剂。但是在实际的应用中，铯元素的价格要远远高于钾元素，所以综合考虑，M-12-450 要比CsMnO/3DOM SiO更具有应用前景。此外，对比负载贵金属Pt 的Pt/3DOM MnCeO和Pt/3DOM MnO催化剂的炭烟燃烧活性，可以看出本研究制备的M-12-450催化剂活性明显较好。综上所述，本实验所制备催化剂具有炭烟燃烧活性良好、成本低廉、制备方法简单等优点。

表5 松散接触条件下炭烟燃烧催化剂与已报道催化剂的催化性能

3 结论

采用自蔓延燃烧法，通过控制原料比和煅烧温度成功制备了一系列锰氧化物催化剂，考察了所制备催化剂催化炭烟颗粒燃烧的性能。利用XRD、SEM、N吸附-脱附、H-TPR、O-TPD 和XPS 等表征手段对催化剂的物化性能进行了表征，对锰氧化物催化剂催化燃烧炭烟性能进行研究。由XRD的结果可知，调节KMnO与CHO·HO 摩尔比可以得到不同晶型的锰氧化物。其中，原料比3∶1时 对 应MnO；6∶1 和9∶1 对 应KMnO晶 型；12∶1 和15∶1 时对应KMnO和KMnO的混合晶型。通过H-TPR 测试结果可知，原料比12∶1时对应的混合晶型的氧化还原能力好于KMnO以及MnO晶型。煅烧温度不同时，XRD图未发生明显变化，均对应KMnO和KMnO的混合晶型，煅烧温度越高比表面积和孔容越小。O-TPD 和XPS 结果表明，M-12-450 催化剂具有最高的Mn含量（质量分数为44.2%）和化学吸附氧物含量（质量分数为14.3%）。所制备的催化剂中，KMnO与CHO·HO 摩尔比为12∶1，煅烧温度为450℃条件下，生成的KMnO和KMnO的混合晶型，具有最好的催化燃烧炭烟颗粒的活性，催化燃烧炭烟温度、和分别为284℃、327℃和360℃，CO选择性为98.5%。