SO_2对Mn-Ce/TiO_2低温SCR催化剂的毒化作用研究

考察了SO_2对Mn-Ce/TiO_2低温脱硝催化剂活性的影响,利用XRD、BET、SEM和XPS对其毒化作用的原因进行分析。结果表明,SO_2对催化剂活性有明显的抑制作用,使NO_x去除率由84%降至42%左右。主要是SO_2的加入造成催化剂比表面积减小,孔径为5-10 nm的孔数量减少,且催化剂晶相由锐钛矿型转化成金红石型结构,活性组分MnO_x发生晶化现象,破坏了Mn-Ti间的强相互作用。催化剂理化性质的变化造成吸附态氧转化为晶格氧的路径受阻、MnO_2含量减少和CeO_x储氧功能减弱,并且产生氧阻效应而使NO吸附和解吸受阻,造成催化剂活性降低。同时生成的硫酸铵盐在催化剂表面沉积,覆盖了催化剂表面的Lewis酸性位,使其对NH_3吸附能力减弱。     

煅烧温度对Mn/TiO_2催化剂催化NO氧化活性的影响

以浸渍在二氧化钛上的锰基催化剂为对象,研究了制备过程中煅烧温度对锰基催化剂催化NO氧化活性的影响。结果表明,较低的煅烧温度有利于提高Mn/TiO2催化剂对于NO氧化的催化效率。利用X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、H2程序升温还原(H2-TPR)和O2程序升温脱附(O2-TPD)等表征手段研究了煅烧温度影响Mn/TiO2催化剂催化活性的作用机理。结果表明,在NO氧化过程中发挥主要作用的是Mn2O3,较低的煅烧温度有利于提高Mn2O3在锰氧化物中所占的比例,同时增加锰氧化物在载体表面的分散度,从而改善催化剂活性;当煅烧温度超过500℃时,催化剂会发生烧结,载体TiO2的晶形开始由锐钛型向金红石型转变,Mn2O3也从非晶相向晶相转变。H2-TPR和O2-TPD测试结果表明,低温煅烧有利于提高催化剂的还原性能和表面化学吸附态O2-的脱附性能,良好的还原性能和脱附性能的相互作用使催化剂表面的氧有较好的移动能力,从而促进催化剂的活性。     

载体对铜基催化剂NH_3-SCR低温脱硝性能的影响

采用浸渍法制备载体负载铜氧化物催化剂。通过XRD、TG-MS、XPS、NO-TPD、NH_3-TPD和H_2-TPR等手段对催化剂进行表征,考察了有氧条件下载体对催化剂NH_3-SCR低温脱硝性能的影响。结果表明,铜物种在载体上以CuO和Cu_2O形式共存,载体影响铜物种的分散性和氧化态,影响催化剂酸性、氧化还原性和对反应物的吸脱附能力。Cu/HZSM-5催化剂,铜物种分散度高,氧化还原性能好,具有适宜的酸性和酸量,对反应物有良好的吸附-脱附性能,在NH_3-SCR脱硝反应中具有较好的催化活性,反应温度低,T_(50)和T_(90)分别为137和165℃,活性窗口温度宽,NO转化率高于90%的温度为165-358℃。     

Cu-ZnO-CeO2催化剂组成对CO2加H2合成甲醇性能的影响

采用并流沉淀法分别制备了CuO-CeO₂（物质的量比为5：1）、CuO-ZnO（物质的量比为5：4）、CuO-ZnO-CeO₂（物质的量比为5：4：1）三组目标催化剂,通过X射线衍射（XRD）、氢气升温还原（H₂-TPR）、CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）、N₂O滴定表征技术对催化剂的物化性能进行了测试,并在高温高压微催化反应器中对催化剂进行活性评价。研究了CuO-ZnO-CeO₂组成对CO₂加氢合成甲醇的影响。结果表明,与二组分催化剂相比较,三组分CuO-ZnO-CeO₂催化剂物化性能及催化活性发生了很大变化,催化剂表面碱性位增强,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,铜分散度以及氧空位浓度提高,最终催化活性显著提高。其中,CuO-ZnO-CeO₂催化剂中,CuO颗粒粒径为8.2nm,铜的比表面积为68.4m²/g,铜分散度为7.19%,甲醇的选择性和收率分别为48.6%和0.057mmol/（g·min）,催化剂活性较好。     

CaO对Cu-ZnO-ZrO_2催化CO_2加H_2合成甲醇性能影响

用CaO作为改性助剂,采用并流共沉淀法制备了CuO∶ZnO∶ZrO_2为5∶4∶1(物质的量比),CaO添加量为0、1%、2%、4%、8%、16%(摩尔分数)的六组催化剂。用X射线衍射(XRD)、微商热重(TG-DTG)、傅里叶红外(FT-IR)、N2吸附脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)对催化剂进行了表征。用自制固定床评价了催化剂活性。结果表明,添加CaO后,催化剂路易斯酸性和表面碱性增强;催化剂母体中高温碳酸盐含量增加,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,Cu-Zn协同作用增强,Cu比表面积增大,分散性变好。催化剂活性受到表面酸碱性、铜比表面积、Cu-Zn协同作用和铜分散性共同影响。当CaO为2%时,铜比表面积为79.3 m2/g、铜分散度为34.8%、CO_2转化率为24.55%、甲醇选择性为19.01%、甲醇收率为0.044 g/(gcat·h),催化剂活性最好。过量CaO占据催化剂孔道和覆盖表面活性位,使催化剂路易斯酸性和表面碱性过强,CuO与H_2有效接触减少,CO_2难以脱附,催化活性下降。因此,适量CaO(2%)添加可促进CO_2加氢反应合成甲醇。     

Fe-V/TiO_2催化剂NH_3选择性催化还原柴油车尾气NO_x

采用浸渍法制备了一系列不同Fe/V比例的Fe-V/TiO2催化剂,考察了催化剂在模拟柴油车尾气中催化还原NOx的催化性能,采用TG、XRD、H2-TPR、NH3-TPD和Raman光谱对催化剂进行了表征。结果表明,当Fe引入后,能显著降低V2O5在高温下的挥发,减轻了钒系催化剂在移动源的生物毒性危害。其中,Fe/V比为1∶1(Fe1-V1/TiO2)的催化剂形成了FeVO4活性中心,表现出最好的催化活性,在220~420℃NOx转化率可达到90%以上。此外,Fe1-V1/TiO2催化剂高温热稳定性较好,并且具有较强的抗硫性能。     

NH3-SCR反应过程中NH3和NOx在Cu/SAPO-34分子筛催化剂上的吸附特性和作用

通过离子交换法制得Cu/SAPO-34菱沸石分子筛催化剂, 同时研究了NH₃和NO_x (NO和NO₂)在该催化剂上的吸附位、吸附强度、吸附量和吸附速率, 得到了不同反应气氛在Cu/SAPO-34 上的吸附性能及其在NH₃选择性催化还原(NH₃-SCR)反应中的作用. 研究采用瞬态实验、程序升温脱附(TPD)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等方法进行表征实验. 瞬态实验结果表明NH₃是吸附性气体. 程序升温脱附实验和红外漫反射实验结果表明NH₃可以吸附在布朗斯特和路易斯酸性位上形成不同的NH₃物种, 它们显示不同的SCR活性. NH₃在Cu²⁺上的吸附速率最快, 且键强最强. NO_x可以氧化并以硝酸盐/亚硝酸盐的形式吸附在Cu物种上. 最后, 本文讨论了NH₃选择性催化还原反应过程中在Cu物种上的中间物种并推测反应机理.     

Co/Fe/Al2O3/cordierite催化C3H6选择性还原NO的实验研究

采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了负载于蜂窝陶瓷上的Co/Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂,在陶瓷管流动反应器上对其催化C₃H₆选择性还原NO的性能进行了测试。结果表明,该催化剂表现出最优脱硝性能,在模拟烟气条件下,当反应温度为550 ℃时可实现97%的脱硝效率。Co的引入可显著增强Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂抗SO₂和H₂O的能力。在模拟烟气中同时引入0.02% SO₂和3% H₂O后,1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite的脱硝性能受影响甚微,当反应温度高于500 ℃时1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite催化C₃H₆还原NO的效率均可达到90%以上;相比之下,未经Co修饰的催化剂Fe/Al₂O₃/cordierite脱硝性能受到了严重的抑制,在整个反应温度区间（200-700 ℃）内,其催化C₃H₆还原NO的效率最高不足50%。XRD和SEM表征结果表明,经过适量的Co修饰后的1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite表面变得更疏松,且形成了以钴铁和钴铝双金属氧化物为主要成分的球状晶粒。H₂-TPR结果表明,相比于Fe/Al₂O₃/cordierite,1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite有更好的低温还原性能。Py-FTIR结果表明,Co的引入可使催化剂表面的Lewis酸明显增加,且生成了Brønsted酸。N₂吸附-脱附表征结果表明,Co可增大催化剂的比表面积。     

钛改性对γ-Fe2O3选择催化还原脱硝性能强化机制的分子模拟研究

采用密度泛函理论（DFT）研究了典型过渡金属Ti掺杂改性对γ-Fe₂O₃选择催化还原（NH₃-SCR）脱硝性能强化影响的作用机制。构建了单Ti和双Ti在γ-Fe₂O₃（001）表面的不同Fe位置的掺杂模型，计算了表面掺杂形成能，探讨了O₂、NO和NH₃分子在Ti掺杂前后的γ-Fe₂O₃（001）表面的吸附特性，并进行了反应机理分析。结果表明，单Ti倾向于掺杂在八面体Fe_oct位，双Ti倾向于两个Fe_oct位。Ti的掺杂增强了催化剂表面对O₂的吸附能力，吸附性能随Ti掺杂量增加而增强。单Ti和双Ti的掺杂都抑制了NO以N端在催化剂表面的吸附。Ti能够强化NH₃的吸附，增强了Lewis酸位，有利于SCR反应。Ti的掺杂增大了NO₂生成的反应能垒，降低了γ-Fe₂O₃低温区的SCR反应。Ti的掺杂抑制了NH和N的形成，避免了NH₃的过度氧化，提高NH₃的利用率，有利于SCR反应，并且抑制了通过E-R机理产生的N₂O，具有良好的N₂选择性。Ti的掺杂能够改善γ-Fe₂O₃在NH₃-SCR中还原NO的性能。     

负载型钙钛矿催化氧化NO及抗SO_2性能研究

采用柠檬酸络合浸渍法制备了负载型钙钛矿氧化物La1-xCexCoO3/CeO2(x=0~0.3)催化剂,考察了不同Ce掺杂量对其催化氧化NO和抗硫性能的影响,并运用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、氮气物理吸附、程序升温还原(H2-TPR)、氧气程序升温脱附(O2-TPD)等手段对催化剂进行了表征。结果表明,催化剂的活性与其比表面积大小和氧化还原性质密切相关;其中,负载型钙钛矿La0.8Ce0.2CoO3/CeO2催化剂在300℃时催化氧化NO的转化率达78%。在添加CeO2作载体后,不仅改善了非负载性钙钛矿的低温活性,而且抗硫性能也显著提高。     

球状活性炭担载MnOx-CeO2和尿素的低温无氨脱硝行为研究

以MnO_x-CeO₂为活性组分、以尿素为还原剂,制备了球形活性炭（SAC）担载MnO_x-CeO₂和尿素的复合催化剂,利用扫描式电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）、X射线衍射（XRD）和低温N₂吸附-脱附等对催化剂的物理化学结构进行了表征,考察了该催化剂在低温（30-90 ℃）和没有氨气情况下对NO的选择性催化还原（SCR）性能。结果表明,在30-50 ℃的反应温度下,炭载体的微孔孔容仍是NO吸附与氧化的主要活性位点;而在70-90 ℃的反应温度下,锰铈金属氧化物成为NO吸附与氧化的主要活性位点,从而提高了催化剂的SCR反应活性。当反应温度为90 ℃、空速为6000 h^-1、NO和O₂浓度分别为0.05%和20%时,担载8% Mn （锰铈物质的量比为1∶1）和10%尿素的催化剂的MO_x稳态脱除率可达85.6%,实现了在低温、无氨状况下的高效脱硝。     

SiO2-Al2O3玻纤载体负载CuO-CeO2对挥发性有机化合物催化燃烧性能研究

采用等体积共浸渍法制备了CuO-CeO₂整体式催化剂,评价了催化剂对乙酸乙酯、异丙醇及甲苯的催化燃烧性能。采用N₂吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、氨气程序升温脱附（NH₃-TPD）以及挥发性有机化合物脱附等手段对催化剂进行了表征。表征数据显示,氧化铜以高分散态均匀分散存在于载体表面,氧化铈则是小的纳米颗粒,氧化铈颗粒粒径随着Cu/Ce物质的量比的减小而增大。添加铈氧化物会显著增加总酸量,特别是路易斯酸酸位的量,同时增强了乙酸乙酯和异丙醇的吸附量,吸附量的增加提高了催化剂对乙酸乙酯和异丙醇的催化燃烧性能。从甲苯的催化燃烧实验可以看出,大量添加CeO₂稍微增加了甲苯的吸附容量,减弱了催化剂的还原性、降低了活性氧的含量,最终导致甲苯的低转化率。催化行为由氧化铜、氧化铈以及载体三者之间的共同作用决定,这三者的协同作用不仅影响着表面氧的活性同时影响着催化剂对甲苯的吸附能力。     

碳化硅负载氧化铜催化剂低温NH3选择性催化还原NOx的性能

采用湿浸渍法制备了碳化硅负载的氧化铜(CuO/SiC)催化剂,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等对其进行了表征,在模拟烟气条件下研究了该催化剂对低温NH_3选择性催化还原NO_x的性能。结果表明,CuO/SiC还原NO的催化活性与氧化铜含量和反应温度有关。负载质量分数为5%的CuO/SiC催化剂在低温下表现出较高的活性,虽然SO_2对其催化活性略有抑制;研究发现,NO还原反应发生在被吸附的氨与气相的NO或弱吸附的NO之间。所制备的CuO/SiC催化剂为实际的工业应用提供了新的选择。     

LiMn_2O_4/TiO_2催化剂上甲烷氧化偶联反应性能的研究

采用固相反应法制备了具有尖晶石结构的LiMn_2O_4/TiO_2系列催化剂,探讨了TiO_2、Li/TiO_2、Mn/TiO_2、LiMn_2O_4及LiMn_2O_4/TiO_2等不同组成催化剂的甲烷氧化偶联反应性能,采用XRD、XPS、CO_2-TPD和H_2-TPR等表征方法对该系列催化剂进行了分析。结果表明,具有尖晶石结构的LiMn_2O_4化合物具有较高的甲烷氧化偶联催化活性,在775℃、0.1MPa、7200mL/(h·g),CH_4∶O_2(体积比)为2.5的条件下,甲烷转化率可达25.8%,C2选择性可达43.2%。TiO_2的存在不仅进一步提高了甲烷转化率和C2选择性,还有效抑制了甲烷完全氧化形成CO_2的过程。负载8%LiMn_2O_4的LiMn_2O_4/TiO_2催化剂性能达到最优,此时甲烷转化率达到31.6%,C2选择性为52.4%,CO_2选择性降低到26.3%。考察了不同焙烧温度对催化剂活性的影响,850℃为LiMn_2O_4/TiO_2催化剂的最佳焙烧温度。     

Interaction of SO2 with single crystal metal surfaces

Studying the interaction of SO₂ with metal surfaces under UHV conditions, a question of central interest is whether the molecule dissociates (leaving back the catalyst poison sulphur on the surface) or not. A spontaneous or a thermally activated dissociation of SO₂ occurs on Fe, Rh, W, Ni, Pd and Pt. On Cu and Ag a strong chemisorption, but only a partial dissociation induced by defects or coadsorbed alkalis, and on Au no chemisorption at all were observed.

In this paper a comparison of our results obtained for the chemisorption and multilayer adsorption of SO₂ on Cu(111), Ag(111), Ag(100) and Ag(110) in the temperature range between 80 K and 900 K is given. By combining highly resolved TPD-measurements, isothermal and temperature-programmed ΔΦ-experiments after different stages of exposure and molecular beam backscattering measurements (MBBS) —assisted by LEED, AES and isotope mixing experiments — a destinction between ordinary desorption and desorption after a reorientation process during the heating procedure could be made. Whereas on clean Ag surfaces adsorption and desorption of SO₂ are observed only below 300 K, on Cs-precovered Ag desorption of SO₂ takes place even above 600 K.

Finally, results concerning the different stages of SO₂ multilayer adsorption (bi-, tri-, multilayers) are presented showing a characteristic dependence of the layer growth on the adsorption temperature, the impinging SO₂ flux density and on the surface structure.     

不同前驱物制备的MnOx/TiO2联合O3催化氧化NO性能

分别以乙酸锰（MnAc）、氯化锰（MnCl₂）和硝酸锰（Mn（NO₃）₂）为前驱物,采用浸渍法制备MnAc/TiO₂、MnCl/TiO₂和MnN/TiO₂三种催化剂,并采用氮吸附、SEM、H₂-TPR、O₂-TPD、XRD和XPS进行表征。在固定床反应器上研究了三种催化剂的联合臭氧催化氧化NO性能。结果表明,以乙酸锰为前驱物制备的MnAc/TiO₂催化剂联合臭氧催化氧化NO活性最高;MnAc/TiO₂催化剂颗粒分散性好,比表面积相对较大,催化剂表面Mn³⁺较多,因而具有较高的催化活性。     

负载催化剂SmMn2O5/γ-Al2O3负载量对NO氧化的影响

贵金属催化剂对NO_x催化氧化具有优异的催化性能,但催化剂成本较高,而负载型催化剂及非贵金属催化剂受到了广泛的关注。 本文中采用水热法和浸渍法分别制备了SmMn₂O₅纯相催化剂和SmMn₂O₅/γ-Al₂O₃负载催化剂,探索了活性成分SmMn₂O₅含量对NO催化氧化的影响。 对负载SmMn₂O₅不同质量分数(5%~100%)的复合催化剂进行了扫描电子显微镜、比表面积、孔径分布、程序升温还原和程序升温脱附的表征以及NO催化氧化的研究。 当SmMn₂O₅负载量小于50%(35%、25%、15%、5%)时,负载量为25%的催化剂显示出最低的燃点温度(260 ℃),继续增加负载量到50%和75%,与负载25%的复合催化剂相比,起燃温度降低10 ℃,仅高于纯相催化剂40 ℃。 该探索对于SmMn₂O₅催化剂的有效利用将具有一定的指导作用,并为负载型非贵金属催化剂的设计提供一定的思路。     

CoOx-CeOx/ZrO2催化氧化NO性能及抗SO2毒化研究

采用浸渍法制备了一系列CoO_x-CeO_x/ZrO₂催化剂,探讨了催化剂载体、Co含量、Co/Ce配比等对Co基催化剂催化氧化NO活性的影响及其机理。ZrO₂负载的Co氧化物具有优良的低温NO催化氧化活性,铈的添加进一步提高了催化剂的低温活性。其促进机制主要是提高了催化剂吸附氧的能力及改善了Co在催化剂表面的分散。同时,掺杂铈使得催化剂抗SO₂能力有一定增强,呈现出选择性毒化机制。     

贫煤O_2/CO_2气氛下燃烧时内在矿物质对SO_2和NO_x排放特性的影响

利用管式炉反应器在550-1 000℃对长治贫煤和脱矿物质煤分别在空气和O_2/CO_2气氛进行了燃烧实验。利用XRF、XRD等分析手段,对煤样的基本性能进行了分析表征,并采用热分析仪(TG-DTG)以及傅里叶红外气体分析仪(AntarisIGS)对贫煤燃烧过程中的燃烧特性和SO_2和NO_x释放规律进行了研究。结果表明,与原煤相比,脱矿物质煤的着火温度和燃烬温度有所降低;O_2/CO_2气氛下,原煤和脱矿物质煤的着火温度和燃烬温度都升高,说明当O_2浓度为20%时,空气气氛比O_2/CO_2气氛更易于着火和燃烬。此外,与长治原煤相比,脱矿物质煤在相同条件下燃烧时SO_2的释放量明显提高,而NO_x的释放量却有所降低。O_2/CO_2气氛下原煤燃烧时SO_2浓度比空气气氛下的要高,而脱矿物质煤燃烧时释放的SO_2浓度明显比空气气氛下的低;O_2/CO_2气氛下原煤和脱矿物质煤燃烧时释放的NOx浓度比空气气氛下燃烧时释放的NO_x浓度要低。     

OMS-2/Al2O3/堇青石整体式催化剂的制备及其催化性能研究

以Al₂O₃/堇青石蜂窝陶瓷为载体,氧化锰八面体分子筛(OMS-2)为活性组分,采用涂覆法制备了系列整体式催化剂。考察了黏合剂种类和活性组分涂覆次数对二甲醚(DME)催化燃烧性能的影响,并对催化剂进行XRD、BET、SEM、H₂-TPR、O₂-TPD等表征。结果表明,以甲氧基聚乙二醇为黏合剂经一次涂覆制备的整体式催化剂的性能最佳,活性组分OMS-2以相互交织的簇体均匀分布在载体上,并与Al₂O₃之间存在较强的相互作用。涂层的添加有效增加了催化剂的比表面积,提高了催化剂的性能,最佳催化活性t₉₀为257 ℃。