环境友好的选择性催化还原氮氧化物催化剂

富氧条件下的氮氧化物（NO。）选择性催化还原（SCR）是目前环境催化领域的研究热点,其核心问题是研发环境友好、高效稳定的SCR催化剂．目前,以NH3为还原剂的NH3-SCR已经大规模应用于固定源烟气脱硝和柴油车尾气净化,以碳氢化合物（Hc）为还原剂的HC-SCR也有望实际应用．针对NH3-SCR,本文以作者研究的铁钛复合氧化物催化剂、铈基氧化物催化剂以及国际上新兴的小孔分子筛催化剂为例,从催化剂结构、SCR反应机理、催化剂低温活性改进以及抗中毒性能等诸多方面对该领域的研究进展做了较为全面的论述．针对HC-SCR催化剂,本文在综述长链HC及柴油选择性还原NQ研究现状的基础上,结合作者在HC-SCR反应机理方面的研究成果,展望了实现柴油-SCR的发展方向．     

银催化剂用于氮氧化物的还原和分解

实验采用Ag2 O ,Ag3 0 Si70 合金和Ag离子交换的ZSM 5分子筛 ,研究了NO的直接催化分解和以CO ,NH3 等作为还原剂的选择还原反应 .结果表明 ,在合适的条件下 ,实验中采用的Ag基催化剂均具有一定的NO分解活性 .当反应温度低于 80 0K时 ,NO在AgZSM 5上的直接分解给出了近 2 0 %的N2 转化率 ;相似条件下 ,适量CO和NH3 的加入大大提高了反应的活性和催化剂寿命 .氧的存在促进了NO在催化剂表面的吸附 ,从而导致了选择还原温度的降低 .当气相中氧气大大过量 (O2 ∶H2 O =18∶1) ,反应温度为 6 0 0K时 ,NO在Ag ZSM 5催化剂上氨还原生成N2 的转化率仍能达到近 70 %     

汽车尾气中NO的脱除方法

对汽车尾气中NO的脱除方法进行了介绍。对于选择性催化还原，目前的方法主要有以NH3作为还原剂选择还原NO、以碳氢化合物作为还原剂选择还原NO和三效催化剂法。非选择性催化还原方法主要包括CO催化还原NO和H2催化还原NO等。NO的直接催化分解和贫燃条件下NO的催化还原也得到了广泛研究。低温等离子体技术、改性碳纤维以及TiO2光催化法等是近几年新发展的脱除方法。     

冷等离子体协同催化反应

冷等离子体与催化协同反应是一个新的化学研究方向.本文总结了利用协同反应研究脱硝反应和几类化学反应取得的成果.包括NO分解反应、CH4选择性催化还原反应、NH3选择性催化还原反应、同时脱硝和脱除PM2.5过程、VOCs脱除、CO2分解以及丙烷二氧化碳重整等反应.协同作用使这些反应实现了低温或室温下的高活性.     

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.     

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。     

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.     

不同硅铝比的Cu—ZSM—5／堇青石械催化剂的NO分解反应性能

考察了原位合成的不同硅铝比的Cu-ZSM-5/堇青石械催化剂上的NO分解反应。结果表明,在573－773K的温度范围内,铝硅比分别为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。     

Al-PILC负载铜铁复合氧化物在NH_3选择性催化还原NO中的协同作用

以铝柱撑黏土(Al-PILC)为载体采用旋蒸-浸渍法制备了铜、铁单组分催化剂(Cu/Al-PILC、Fe/Al-PILC)和铜铁复合氧化物催化剂(CuFe/Al-PILC),并测试其对NH3选择性催化还原NO反应(NH3-SCR)的催化性能。相比Cu/Al-PILC和Fe/Al-PILC,CuFe/Al-PILC活性组分之间有较强的协同效应,显著提高了催化剂的脱硝性能。CuFe/Al-PILC在290~450℃的宽温区NO脱除效率保持90%以上,最高可达97%。此外,CuFe/Al-PILC有很好的抗水抗硫性能,催化活性不受反应气氛中水蒸气和SO2的影响。XRD、UV-vis、XPS和N2吸附脱附表征结果表明,CuFe/Al-PILC中活性组分相互作用生成CuFe2O4,有利于活性组分在载体表面分散,提高催化剂的比表面积和孔容;H2-TPR表征结果表明,CuFe/Al-PILC活性组分在载体表面生成的CuFe2O4改善了催化剂氧化还原性能,有利于NH3对NO选择性的还原;NH3-TPD表征结果表明,CuFe/Al-PILC在较宽温区范围内对NH3都有很好的吸附,这有利于提高催化剂表面还原物种的浓度,从而保证催化剂在较宽温区范围内具有较好的NO脱除效率。     

用于NH3选择性催化还原NO的非钒基催化剂研究进展

NH3选择性催化还原NO (NH3-SCR)技术在燃煤电厂烟气脱硝过程中有着多年的工业应用经验,也是最有望实际应用于柴油车尾气NOx催化去除的技术之一.鉴于目前工业化应用的V2O5-WO3 (MoO3)/TiO2催化剂体系应用于柴油车尾气净化仍存在着诸多问题,开发新型、高效、稳定且环境友好的非钒基NH3-SCR催化剂体...     

低温NH_3-SCR反应机理及动力学研究进展

对低温选择性催化还原(SCR)脱硝技术的反应机理及动力学已有较多研究。本文从反应路径和反应机制两方面评述了低温SCR的反应机理,重点从氧在低温SCR中的作用、NO在催化剂上的吸附、NH3的活化和反应模型等方面进行了深入阐述,并结合反应机理探讨了低温SCR的反应动力学,最后对低温SCR脱硝技术的深入研究提出了建议。     

NH4β分子筛上NO的低温催化还原

以离子交换法制备的NH4β分子筛为催化剂,考察在无氨、有氨及SO2存在等不同条件下NO低温选择催化还原性能,并通过程序升温分解反应研究NH+4消耗引起的催化剂失活,NH3程序升温脱附(NH3-TPD)研究催化剂的再生性能,为开发无氨或气相间隙喷氨脱除NOx的新过程奠定基础.     

NO及NO2与In/HZSM-5催化剂相互作用的微量量热研究

自从Iwamoto[1]和Held等[2]报道了在离子交换法制备的Cu-ZSM-5催化剂上烃类可以选择性催化还原(SCR)氧化氮后,基于分子筛的催化剂在这一反应中得到了广泛的研究,以期取代传统的NH3-SCR过程.     

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.     

低温NH3-SCR反应机理及动力学研究进展

对低温选择性催化还原（SCR）脱硝技术的反应机理及动力学已有较多研究。本文从反应路径和反应机制两方面评述了低温SCR的反应机理,重点从氧在低温SCR中的作用、NO在催化剂上的吸附、NH3的活化、反应模型等方面进行了深入阐述。并结合反应机理探讨了低温SCR的反应动力学,最后对低温SCR脱硝技术的深入研究提出了建议。     

宽工作温度烟气脱硝催化剂制备及反应机理研究

以溶胶-凝胶法制备介孔TiO2载体,采用分步浸渍法制备了V2O5-WO3/TiO2催化剂,借助BET、NH3-TPD、H2-TPR、SEM、活性评价、In-situ FT-IR等手段,考察了催化剂的结构、酸性、还原性、脱硝活性及反应机理等。介孔TiO2载体比表面积为158.6 m2/g,制成催化剂后比表面积略有降低,约为136.7 m2/g。针对模拟烟气在φNH3/φNO=0.8的条件下测试催化剂的脱硝活性温度窗口为250~400℃,脱硝转化率达到80%。NH3-TPD和H2-TPR表征结果表明,催化剂在活性温度范围内具有典型的表面酸性位,载体TiO2与V2O5之间存在的相互作用使得V2O5还原温度降低。利用In-situ FT-IR研究NH3和NO在V2O5-WO3/TiO2催化剂表面吸附和氧化的反应过程发现,NH3可同时吸附在L酸位和B酸位,NH3在活性位上氧化脱氢形成NH2物种是SCR脱硝反应的控制步骤。研究NO+O2+NH3反应时发现,吸附NH3的催化剂引入NO和O2后,共价吸附的NH3首先消失。选择性催化还原反应发生在吸附态NH3和气态或弱吸附态的NO之间,该反应遵从Eley-Rideal反应机理。     

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.     

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.     

Pt/HM,Pd/HM催化剂上NO-TPSR和CO-NO反应

消除NO对大气的污染，人们进行了广泛的研究，其中选择性催化还原是常用的方法[1]．众所周知，分子筛是常用的NO选择性还原催化剂载体，熊金保等[2]考察了Cu-ZSM-5催化剂表面NO的程脱产物，认为NO只吸附在Cu上，载体ZSM-5不吸附NO，Alvarez等[3]认为Na－ZSM-5和NaY表面有少量吸     

V2O5-WO3/TiO2-ZrO2脱硝催化剂中 ZrO2和 WO3的促进作用：催化性能、形态及反应机理

商业选择性催化还原(SCR)催化剂成分主要有 V2O5, WO3和 TiO2,但适用温度窗口较窄(300?400℃),使得实际操作过程中活性较低.目前,过渡金属广泛应用于催化剂制备中以提高其催化活性.相比于纯 TiO2和 ZrO2载体, TiO2-ZrO2具有较高的热稳定性以及较多的酸位,虽然有关 TiO2-ZrO2为载体的催化剂研究较多,但未与商业催化剂进行对比研究.而针对 NH3-SCR脱硝机理的实验研究也存在一些争议,主要原因归为以下两方面：(1)多数催化剂不同会直接导致催化剂的活性酸位不同;(2)不同 NH3-SCR脱硝催化剂的起活温度不同.同时, NH3和 NO在反应温度的吸附情况仍需要进一步研究.因此,有必要深入探究 NH3-SCR脱硝机理,以解决现行研究中存在的问题.本文首先采用共沉淀法制备摩尔比为1：1的 TiO2-ZrO2固溶体,并分步浸渍不同质量比的 WO3和1%V2O5,最终得到一系列1%V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2.然后通过 X射线衍射(XRD)和比表面积测试(BET)、程序升温还原(TPR)、原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)研究了 WO3和 ZrO2对催化性能的影响以及 V2O5-WO3/TiO2-ZrO2催化剂的反应机理. N2物理吸附结果表明, WO3的添加使得催化剂孔结构的热稳定性有所提高,同时随着 WO3含量增加催化剂的比表面积逐渐减小,但仍高于 V2O5/TiO2-ZrO2催化剂; ZrO2对催化剂比表面积增大效果比较明显.结合 XRD结果表明, WO3能促进金属氧化物在载体上的分散;相比于 V2O5-WO3/TiO2催化剂, ZrO2有利于活性组分的分散负载.比较系列 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2的氨吸附情况,发现 WO3的添加增加了 Br?nsted酸的稳定性,其中以9%WO3的效果最显著.催化剂氨吸附中间物种(–NH2)的发现,证实了 WO3添加促进了 NH3的活化,有利于脱硝反应的进行. SCR反应结果显示, V2O5-9%WO3/TiO2-ZrO2催化剂在300–450oC时 NOx转化效率最优,并发现 O2的存在促进了 NOx的转化.采用in situ DRIFTS研究了 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂脱硝机理,300和350oC时 NH3, NO, NO + O2吸附情况表明,在真实的反应温度下,脱硝过程中的活性中心为 Lewis酸中心, Br?nsted酸中心的 NH4+极易从催化剂表面脱附,无法吸附在催化剂表面,且与 NH3相比, NO只能以 NO2的形式弱吸附在催化剂表面.因此,该催化剂遵循 Eley-Ridel脱硝机理.而 V2O5-9%WO3/TiO2-ZrO2催化剂具有相对较高的脱硝效率,因此用来着重研究 NH3-SCR机理.在 NH3吸附过程中, NH3(1204,1602,3156,3264,3347 cm?1)和活性中产物 NH2(1550 cm?1)在催化剂表面的吸附(恒温300oC)是稳定的;随后通入 NO + O2时, NH3吸附过程中的所有吸收峰(包括 NH2)均逐渐减小(NH3吸附态与 NO结合后分解为 N2和 H2O),同时出现 H2O的振动峰,这证明了 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂的脱硝反应过程.各类气体吸附情况表明, NO在商业催化剂的吸附状态与 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂相同;但 NH3吸附结果表明, Br?nsted酸中心和 Lewis酸中心都是催化剂的活性中心; NO + O2的通入使得催化剂表面的 NH3和 NH4+都逐渐消失.这两种催化剂脱硝反应过程差异主要在于催化剂表面活性中心的不同,导致了不同的 NOx脱除路径.通过in situ DRIFTS比较 O2的存在对脱硝反应产生的不同影响来确定 O2的作用.两类催化剂上 O2均参与了 H2O的形成,促进了催化反应的完成;当 O2不存在时, NO的还原受到了极大地抑制,同时也未出现 H2O;两者的脱硝效率大大降低. H2-TPR和 NH3-TPR结果进一步证实 O2的作用主要是氧化 NO及参与催化过程 H2O的形成.