氢部分选择性催化还原NO反应研究

在低钯含量活性非均布Pd/Al2O3催化剂上，实现了富氧条件下，氢部分选择性催化还原NO过程，低温、富氧条件下NO的转化率高达80％－100％。NO直接分解实验表明，600℃，NO分解转化率在无氧时为17．3％，有0．5％氧存在时接近于0。氢非选择性还原NO条件下，100℃以下，NO转化率为100％。根据实验结果及文献，推测了氢部分选择性还原NO过程中可能存在的反应，不同的反应温度下，NO脱除反应有所不同。在115℃以下，NO还原产物为NH3；115℃－155℃，NO还原产物为NH3、N2O和N2；155℃以上，NO还原产物中无NH3存在。NO还原反应与氢氧反应是平行的竞争反应。     

CO_2加氢活性与担载铁催化剂表面Fe-O键强度的关系

采用浸渍 -还原法 ,制备了 Al2 O3、 Ti O2 、 Zr O2 担载铁催化剂 ,并在温度 6 2 3K、压力 1.5 MPa、空速80 0～ 10 0 0 h- 1、原料气组成 CO2 /H2 为 1∶ 2等实验条件下 ,考察了不同还原温度的催化剂在 CO2 加氢制低碳(C2 ～ C5 )烃中的反应活性 .结果表明 ,以 CO2 转化率计 ,各催化剂均存在最佳还原温度 (Fe/Al2 O3:873K;Fe/Ti O2 :773K;Fe/Zr O2 :72 3K) .将此温度与催化剂表面 Fe- O键强度相关联 ,发现在相同条件下 ,与载体 M-O键长有关的 Fe- O键越强 ,催化剂越容易被还原 ,最佳还原温度越低 ,反应活性越好 .     

Rh-CeO2催化剂表面CO还原NO反应中羟基介导NH3生成问题的探讨

CO催化还原NO是发生在汽车尾气净化催化剂中的一个重要化学反应.CeO2容易发生氧化还原反应CeO2?CeO2?x+(x/2)O2而具有氧储存/释放作用,可以有效地促进CO氧化,因而CeO2作为储氧材料和催化助剂被广泛应用于汽车催化剂中.在过渡金属元素中,铑对NO的解离活性最高,是目前汽车三效催化剂中最为重要的还原性活性组分.目前,有关Rh-CeO2基催化剂表面CO还原NO的文献仅关注催化反应活性和N2O选择性,对CO还原NO反应机理的理解还不够深入准确,无法为轻型汽油车NH3排放控制提供正确有用的理论基础.NH3排放至大气中会以NH4+形式与SO42?和NO3?离子结合,导致二次颗粒物污染,因此,研究CO还原NO反应中NH3生成机理对轻型汽油车NH3排放控制具有非常重要的理论意义.我们研究组强调了CO催化还原NO反应的表面羟基介导NH3生成问题,并通过原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in-situ DRIFTS),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),程序升温还原/氧化(TPR/TPO)等现代分析表征技术深入研究了CO还原NO反应机理,并首次提出了催化剂表面"羟基脱氢"反应的NH3生成机理.研究发现,Rh-CeO2催化剂表面CO还原NO反应的NH3选择性最高可达9.7%,其反应表观活化能仅为36 kJ/mol,in-situ DRIFTS,FT-IR和NO-TPO测试结果表明,NH3的生成可归因于催化剂表面"羟基脱氢"反应,即CO与催化剂表面端位羟基和桥式羟基发生"水煤气转化"反应生成H2,反应产生的H2还原NO生成NH3;CeO2中非骨架铈双羟基化形成的类氢氧化铈物种则会直接与NO发生脱氢反应生成NH3,但需要更高的反应温度.值得注意的是,当反应气中额外通入5%水蒸气时,其反应表观活化能提高了21 kJ/mol(同比增加58.3%),更重要的是NH3选择性明显提高,最高可达25.3%(同比增加160.8%),FT-IR测试结果表明,这是由于水蒸气作用促使催化剂表面羟基化,表面活性氢源得以不断补充.这从动力学角度促进了端位羟基和桥式羟基的"水煤气转化"反应而提高NH3选择性.同时,对比NO/H2,CO/NO和CO/NO/H2O反应的NH3生成浓度,我们还发现,H2O分子与NO的竞争吸附会抑制未解离吸附的NH3进一步还原NO,减少反应生成NH3的消耗,促使更多生成的NH3从催化剂表面脱附至气相中,这也是水蒸气导致NH3选择性明显增加的重要原因.以上结果清晰地表明了催化剂表面"羟基脱氢"作用和水蒸气分子与NO的竞争吸附行为对CO还原NO反应中NH3生成的重要影响.     

不同硅铝比的Cu-ZSM-5/堇青石整体式催化剂的NO分解反应性能

 考察了原位合成的不同硅铝比的Cu－ZSM－5／堇青石整体式催化剂上的NO分解反应．结果表明,在573～773K的温度范围内,硅铝比分别为60,55和40的催化剂在723K下NO的转化率最高,而硅铝比小于25的催化剂上的NO转化率很低．低温有利于N2O的生成．整体式催化剂上的NO转化率低于单纯的分子筛催化剂Cu－ZSM－5,但其催化转换频率高于后者．     

Mo／ZSM-5催化剂上NO催化还原反应机理与动力学研究

采用浸渍法制备了Mo/ZSM-5催化剂样品,并以氨为还原剂对其NO选择性催化还原活性、以及NO转化的反应速率进行测定.结果表明,在Mo/ZSM-5催化剂上不会发生NO氧化成NO2的反应,也没有N2O生成,然而有少量的NO分解反应发生.在氧气存在条件下,Mo/ZSM-5催化剂上NO-NH3-O2的SCR反应遵循LH机理.NO、O2和NH3首先吸附在Mo/ZSM-5表面,吸附态NO物种与吸附NH3物种直接反应生成氮气,气相氧的作用是加强NO吸附、补充催化剂表面吸附氧物种.并由此推导出NO转化的速率方程式,分别计算和模拟了在不同O2浓度、NO浓度和反应温度条件下NO的反应速率rNO值及其变化关系.结果表明,理论模拟值能够与实验值很好地吻合,所推测的机理能够很好地描述Mo-ZSM-5催化剂上NO选择性催化还原行为.     

NO_2对Cu/SAPO-34分子筛催化剂上NH_3选择性催化还原NO性能的影响

主要考察了NO2对Cu/SAPO-34分子筛催化剂在整个温度范围内(100-500°C)NH3选择性催化还原(SCR)NO性能的影响.研究所使用样品为新鲜Cu/SAPO-34催化剂在750°C下水热处理4 h的稳定期样品.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构以及形貌进行表征,采用SCR活性评价、动力学实验以及原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ-DRIFTS)表征催化剂的性能以及催化剂表面物种的变化.活性评价实验结果表明,NO2会抑制催化剂的低温(100-280°C)活性,但其存在会提高催化剂的高温(280°C以上)活性.与此同时,随着反应物中NO/NO2的摩尔比例减少,由于NH4NO3物种的分解,副产物(N2O)的浓度增大.动力学结果表明,Cu/SAPO-34催化剂上快速SCR反应的表观活化能(Ea=64.02 kJ?mol-1)比标准SCR反应的表观活化能(Ea=48.00 kJ?mol-1)更大.In situ-DRIFTS实验结果表明NO比NO2更容易在催化剂表面形成硝酸盐,并且NO2更容易与吸附在Br?nsted酸性位上的NH3物种反应生成NH4NO3.低温下,催化剂表面的NH4NO3物种会覆盖SCR反应的活性位,造成活性降低,但在高温时,形成的NH4NO3物种一部分会被NO还原为N2,而另一部分会直接热分解为N2O,造成催化剂的选择性降低.     

焙烧温度对MnO_x-CeO_2-WO_3-ZrO_2催化剂上NH_3选择性还原NO的影响（英文）

采用共沉淀法制备了MnOx-CeO2-WO3-ZrO2催化剂,考察了催化剂焙烧温度对O2和H2O存在下NH3选择性催化还原(NH3-SCR)NO的影响,并利用低温N2吸附、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)和CO脉冲反应对催化剂进行了表征.结果表明在NH3-SCR反应中,催化剂的低温活性随焙烧温度的提高而降低,这是由于催化剂表面化学吸附氧和酸性位减少引起的;催化剂的高温活性随焙烧温度的提高先增加后减小,这与催化剂表面最易释放氧数量的变化趋势相反.700°C焙烧的催化剂具有良好的低温活性和最宽的反应温度窗口,在空速为90000 h-1的条件下,该催化剂的起燃温度(50%NO转化率)为189°C,且反应温度在218-431°C范围内,NO转化率可达到80%-100%.     

WO3改性CeO2-TiO2催化剂的低温NH3-NO/NO2 SCR活性和机理研究

在铈钛基NH3-SCR催化材料中,改性元素对催化材料的酸性位和氧化还原性能的影响较大.本文采用过量浸渍法分别制备了CeO2-TiO2(CeTi)和CeO2/WO3-TiO2(CeWTi)催化剂,研究了CeWTi催化材料结构、酸性位及氧化还原性能对NH3-NO/NO2 SCR反应性能的影响.结果发现,CeTi和CeWTi样品均有较优异的NH3-NO/NO2 SCR催化性能,后者略高.WO3的加入增加了催化材料的表面酸性,对其氧化还原性能影响不大.通过对反应中间物种NH4NO3的研究,发现NH4NO3的分解主要与氧化还原性能相关,而NO还原NH4NO3的反应需要氧化还原能力和酸性位共同作用,即在氧化还原性能差异不大的条件下,酸性对该反应起到重要作用.而该反应也是NH3-NO/NO2 SCR的限速步骤,这是CeWTi催化材料活性高于CeTi催化材料的原因.同时,为了获得NH3-NO/NO2 SCR反应的高活性,NO2:NO比例宜为1:1.然而现实情况中,预氧化催化材料的氧化活性、NOx浓度、温度等变量使得准确控制NO2的比例较难,因此,深入了解NO2浓度对NH3–NO/NO2 SCR反应的影响至关重要.本文探讨NO2:NO的比例、O2浓度等对NH3-NO/NO2 SCR反应性能的影响;并研究了不同NO2含量条件下NH3-NO/NO2 SCR反应网络.通过分析CeWTi材料上NH3-NO/NO2 SCR反应网络可知,当NO与NO2比例为1:1时,NH3-SCR催化活性最高,并以快速SCR形式进行;当NO与NO2比例为1:1消耗完全之后,剩余的NO或NO2各自独立以标准或慢速SCR进行,不影响其本来的反应活性.催化材料的标准SCR、快速SCR和慢速SCR均取决于材料表面酸度和氧化还原性能,但快速SCR和慢速SCR对材料这两方面性能的要求相对较低.同时O2并不参与快速和慢速SCR,而NO2可以取代O2作为SCR反应中主要的氧化剂,氧化Ce4+为Ce3+,甚至比O2和NO再氧化活性位的能力更强,保持催化材料的高催化活性.低温条件时,慢速SCR和快速SCR反应均在材料表面生成硝酸铵中间物种,但由于慢速SCR气氛中缺乏NO将硝酸铵还原,进而引发快速SCR反应,因此材料表面快速SCR的NOx转化率要高于慢速SCR反应;高温条件下,由于硝酸铵容易热分解,导致硝酸铵的抑制效应不太明显.NH4NO3分解是NO2含量升高后N2O的形成的主要途径.     

Cu-ZSM-5分子筛催化分解及选择性催化还原NO

Cu-ZSM-5分子筛因具有高的催化脱除NO活性和对环境友好等优点而引起广泛关注。本文从NO分解反应、以NH3为还原剂选择性催化还原NO(NH3-SCR-NO)和以碳氢化合物为还原剂选择性催化还原NO(CH-SCR-NO)三个方面综述了Cu-ZSM-5分子筛催化脱除NO反应机理和催化剂改进方面的研究进展,并对该领域存在的问题和发展前景做了总结和展望。Cu-ZSM-5分子筛催化分解NO被认为是最具有吸引力的脱硝方法,其通过Cu+的氧化还原过程和N2O的生成来实现;Cu-ZSM-5分子筛上NH3-SCR-NO反应具有较高的NO脱除效率,NO首先被氧化为NO2,NO2再与NH3结合为NH4NO3,NH4NO3再进一步与NO反应生成N2;CH-SCR-NO反应是利用贫燃发动机尾气中未完全燃烧的碳氢化合物为还原剂,一般认为碳氢化合物与氮氧化物生成硝基烷或亚硝基烷,再经异氰酸酯或氰化物生成终产物N2。Cu-ZSM-5分子筛存在水热稳定性差和易发生二氧化硫中毒等缺点,通过引入第二金属组分和制备整体式催化剂方法可显著改善Cu-ZSM-5分子筛的催化性能。系统了解NO脱除反应机理和活性位的作用机制可为催化剂的改进奠定理论基础,同时也有助于设计合成新型高效、环境友好的脱硝催化剂体系。     

CuO/TiO2/γ-Al2O3催化剂表征及对NO＋CO反应性能研究

采用色谱-微反流动法反应装置考察了w%CuO/15%TiO2/γ-Al2O3催化剂对NO＋CO的反应活性;催化剂经空气氛或氢气氛预处理后,NO转化率达100%的反应温度分别是325和275℃;XRD仅能检测到γ-Al2O3晶相,负载15%CuO后可以检测到微弱的CuO晶相;H2-TPR能检测到2个CuO的还原峰（α和β峰）,将其归属于高度分散的CuO分别在裸露的γ-Al2O3和TiO2/γ-Al2O3载体上的还原;原位红外分析结果表明催化剂经空气氛或氢气氛预处理后,吸附NO＋CO反应气后,反应的中间产物N2O出现的温度分别为200和150℃。     

无氧条件下钯催化剂上氢气还原氧化氮的微观反应动力学研

 通过单位键指标-二次指数势方法(UBI-QEP)进行能学数据计算以及随机模拟,并结合实验结果,研究了无氧条件下反应温度对Pd基催化剂上H2还原NO的反应产物分布的影响. 结果表明, NO以(NO)*2(*表示活性位, (NO)*2表示吸附的(NO)2分子)的形式吸附在Pd催化剂表面参与反应. 还原产物N2O来自两条途径,分别是(NO)*2的分解和相邻NO*分子的结合; N2来自N2O*的分解; NH3则由(NO)*2与H*反应形成中间产物HNO*, 继而逐步加氢产生. 随着反应温度的升高,Pd催化剂表面H*的覆盖度随之下降, H2还原NO反应的控制步骤相应改变,产物的选择性也随之变化. 在70～310 ℃的反应温度区间,模拟数据和实验结果非常吻合,低温下主要进行(NO)*2分解产生N2O*的反应,还原产物以N2O为主; 高温下主要进行(NO)*2加氢产生HNO*的反应,还原产物以NH3为主; 受此影响, N2的选择性先增加后减少,峰值小于50%. 据此提出了反应机理的网络模型图.     

Cu-Mn-Ce/γ-Al2O3汽车尾气净化催化材料的合成及性能的研究

采用固定床反应装置，模拟汽车尾气的组成成分，以CO氧化和NH3选择还原NO为探针反应，研究了焙烧温度和焙烧时间等因素对复合金属氧化物催化材料Cu-Mn-Ce-O／γ-Al2O3的催化活性的影响，并考察了该催化剂的抗硫化中毒性能。在本研究条件下，焙烧温度在700℃左右，焙烧时间为2．5h时，催化剂对NO-CO体系中CO的氧化率在76％，以上，对NH3-NO体系中的NO的最佳催化还原率在80％以上。催化剂在3．O％S02／空气气氛中强制中毒后，其在NH3-NO气氛中的最佳反应温度．450℃，同样条件下未中毒催化剂的最佳反应温度为350℃左右，并且催化剂中毒后对NO—NH3的最大转化率没有下降，但是对NO-CO体系的反应活性明显下降，说明该催化剂具有良好的高温活性和抗硫中毒性能。     

Cu、Fe交换Al2O3交联蒙脱土的制备及其deNOx活性

以铝交联蒙脱土为载体,制备了Cu和Fe交换的蒙脱土催化剂,考察了它们还原消除NO的催化活性,并与Cu-ZSM-5催化剂做了比较.结果表明反应温度300℃～500℃,NO在Cu-ZSM-5上的最高转化率近30%,当反应温度超过350℃时,活性逐渐下降;而Cu-Al2O3-CLM、Fe-Al2O3-CLM的活性曲线形状与Cu-ZSM-5完全不同,反应温度越高,活性越高;NO在Cu-Al2O3-CLM、Fe-Al2O3-CLM上的最高转化率分别近60%、55%,远超过Cu-ZSM-5.     

钛铝载体的合成及负载CuO对NO催化性能研究

以TiCl4为原料合成了TiO2/[[alpha]]-Al2O3载体. 在色谱-微反流动法反应装置上考察了CuO/15%(w, 下同)TiO2/[alpha]-Al2O3系列催化剂对NO+CO 的反应性能. 结果表明上述催化剂对NO+CO 反应表现出较好的活性, 其中12%CuO/15%TiO2/[alpha]-Al2O3反应活性最佳. 空气和H2 预处理后, NO 完全转化的温度分别为300C[[deg]]和275C[deg].通过H2-TPR、XRD 和FT-IR 等技术表征, 发现适量TiO2能促进CuO 在钛铝载体上的分散. TPR 结果显示12%CuO/15%TiO2/[alpha]-Al2O3在整个TPR 过程中出现四个还原峰, 琢和酌还原峰分别是钛铝载体表面裸露的TiO2上高度分散的CuO 和晶相CuO 的还原；茁和啄还原峰为钛铝载体上高度分散的CuO 和晶相CuO 的还原. FT-IR实验表明NO和CO 在经H2气氛预处理的催化剂表面上吸附较强, 且生成了N2O 和NO2等物种；NO+CO混合气在经空气和H2预处理的催化剂表面吸附时, 出现了N2O吸收峰, 峰温分别为200C[deg]和150C[deg].     

水滑石衍生复合氧化物的CO催化还原NO的性能

研究了以含Co水滑石类化合物为前体、经焙烧制得的复合氧化物催化剂对CO催化还原NO的催化作用,结果表明,这样制得的催化剂的活性远远高于由传统方法制备的具有尖晶石结构的催化剂,反应分步进行,NO先与CO反应生成N2O和CO2,随着反应温度的升高,最终得到的是N2和CO2,在所考察的催化剂中,反应活性随催化剂中Co含量的增加而升高,随焙烧温度的升高而降低,催化剂中晶格缺陷对活性有重要影响。     

氧化态Co/γ-Al_2O_3催化剂的结构与反应性能研Ⅰ.活性及体相、表相结构表征

采用等量浸渍法 ,制得 5 0 0、 6 0 0、 75 0和 95 0℃焙烧的 Co/ γ- Al2 O3催化剂 ;考察了它们对 CO氧化和乙烯选择还原 NO的反应性能 ;用 XRD和 XPS方法表征了催化剂的体相与表相结构 .活性测试结果表明 ,随焙烧温度升高 ,样品对 CO的氧化活性呈下降趋势 ;对乙烯选择还原 NO反应 ,活性先上升 ,而后又有所下降 (当焙烧温度高于 75 0℃时 ) .从硝酸钴制得的样品 ,其氧化活性要高于从醋酸钴制得的样品 ,但对乙烯选择还原 NO,后者的活性更好 .结构表征结果表明 ,催化剂中钴物种的存在形式与原料盐类及焙烧温度密切相关 .在 Co/ γ- Al2 O3催化剂中主要存在两种钴相 ,即 Co3O4和非化学计量的 Cox Al( 8/ 3- 2 x/ 3) O4尖晶石相 ,前者为完全氧化活性中心 ,后者是 NO选择还原的活性中心 .在相同焙烧温度下 ,以醋酸钴为原料时 ,更容易形成 Cox Al( 8/ 3- 2 x/ 3) O4尖晶石相 .随着焙烧温度提高 ,活性组分与载体的相互作用加强 ,Co3O4相逐步向 Cox Al( 8/ 3- 2 x / 3) O4尖晶石相转化 ,这可能是样品氧化活性下降和选择还原活性升高的主要原因 .在更高焙烧温度下 ,随着 Cox Al( 8/ 3- 2 x / 3) O4尖晶石相颗粒度的增加和晶形改变 ,以及钴离子由表相向体相的迁移 ,使样品比表面积下降 ,表面氧空位及活性位减少 ,     

Cu-ZSM-5的NH3选择性催化还原NO性能及其稳态动力学

采用浸渍法制备了一系列不同Cu载量的Cu-ZSM-5整体式催化剂.考察了该系列催化剂的NH3选择性催化还原(SCR)NO的反应特性.结果表明,当Cu质量分数为5%时,Cu-ZSM-5催化剂的SCR活性最高,此时催化剂上NO最高转化率高达96.5%,并且催化剂的活性窗口较宽,催化剂在198-470℃之间NO转化率大于80%.H2O和SO2的添加仅轻微影响Cu-ZSM-5催化剂的SCR活性.当Cu载量大于5%时,Cu-ZSM-5催化剂中出现明显的CuO物相.稳态动力学结果表明,在5%Cu载量的Cu-ZSM-5上的SCR反应中,NO的反应级数接近一级,NH3的反应级数接近零级,O2的反应级数接近1/2级.该反应的表观活化能为47.7kJ·mol-1.     

低温等离子体协助B_2O_3/γ-Al_2O_3 选择催化还原NO(英文)

研究了低温等离子体协助催化条件下甲烷选择性催化还原NO反应(SCR).反应气体经等离子体活化后,生成NO2,HCHO,CH3NO和CH3NO2等活性更高的中间产物.程序升温表面反应表明,这些中间产物可在等离子体后置催化装置上进一步反应,从而使NOx还原为N2.在考察的一系列催化剂(包括γ-Al2O3,Ag/γ-Al2O3,B2O3/γ-Al2O3,Ga2O3/γ-Al2O3,In2O3/γ-Al2O3等)中,B2O3/γ-Al2O3表现出最好的催化活性.当反应温度为300oC时,NOx转化率达到最高.与γ-Al2O3催化剂相比,在10wt%B2O3/γ-Al2O3催化剂上,300oC时,NOx转化为N2的转化率从33.4%提高至51.0%.催化剂的酸性对于经等离子体活化后的反应气体在催化剂上的SCR反应起到重要作用.同时,催化剂上吸附态NOx对于NOx的转化也起到一定作用.     

低温等离子体协助B2O3/γ-Al2O3 选择催化还原NO（英文）

研究了低温等离子体协助催化条件下甲烷选择性催化还原NO反应(SCR).反应气体经等离子体活化后,生成NO2,HCHO,CH3NO和CH3NO2等活性更高的中间产物.程序升温表面反应表明,这些中间产物可在等离子体后置催化装置上进一步反应,从而使NOx还原为N2.在考察的一系列催化剂(包括γ-Al2O3,Ag/γ-Al2O3,B2O3/γ-Al2O3,Ga2O3/γ-Al2O3,In2O3/γ-Al2O3等)中,B2O3/γ-Al2O3表现出最好的催化活性.当反应温度为300oC时,NOx转化率达到最高.与γ-Al2O3催化剂相比,在10wt%B2O3/γ-Al2O3催化剂上,300oC时,NOx转化为N2的转化率从33.4%提高至51.0%.催化剂的酸性对于经等离子体活化后的反应气体在催化剂上的SCR反应起到重要作用.同时,催化剂上吸附态NOx对于NOx的转化也起到一定作用.     

富氧条件下Ag/Al2O3和Cu/Al2O3组合催化剂催化C3H6选择性还原Nox的性能

 在全自动催化剂活性评价装置上,考察了富氧条件下Ag/Al2O3和Cu/Al2O3两种催化剂上催化丙烯还原NOx的活性. 在实验温度范围(200～650 ℃)内,Ag/Al2O3具有 优异的催化丙烯选择性还原NOx的活性,但同时有大量副产物CO形成. Cu/Al2O3选择性催化丙烯还原NOx的活性不高,却能有效促进CO的氧化. 在无水条件,Ag/Al2O3-Cu/Al2O3组合体系具有与Ag/Al2O3相似的脱除NOx活性,同时使CO在300 ℃以后几乎完全转化. 在10%水蒸气存在的情况下,Ag/Al2O3-Cu/Al2O3组合催化剂脱除NOx的活性下降,但水蒸气对CO转化率的影响不大.