Fe/Ti-PILC用于C_3H_6选择性催化还原NO的研究

采用二氧化钛对蒙脱土进行柱撑改性后,以离子交换法制备了铁负载二氧化钛柱撑蒙脱土催化剂Fe/Ti-PILC,考察了其在富氧条件下催化C_3H_6选择性还原NO(C_3H_6-SCR)的性能。并借助N_2等温吸附-脱附、XRD、UV-vis、H_2-TPR、Py-FTIR等表征方法研究了催化剂的结构与性能之间的关系。结果表明,所制备的19Fe/Ti-PILC催化剂在400℃时即可实现到NO的完全脱除,N2选择性能够达到90%以上。且具有较好的抗水蒸气和抗SO_2的能力。N_2吸附-脱附和XRD结果显示,蒙脱土的结构被撑开,交联柱撑有效,形成了较大的比表面积和孔体积。UV-vis结果表明,催化剂的脱硝活性与铁氧低聚物种FexOy的含量有关,Py-FTIR结果表明,催化剂表面同时存在Lewis酸和Brnsted酸,Fe~(3+)负载到柱撑黏土中能够显著增加Lewis酸的含量,Lewis酸是影响催化剂脱硝活性的影响因素之一。H_2-TPR表征表明,催化剂在400℃左右有较强的还原能力,催化剂的还原能力主要体现为Fe~(3+)→Fe~(2+)的还原。     

富氧条件下Fe-Mn/Beta选择性催化丙烯还原氮氧化物

以Beta分子筛为载体，采用等体积浸渍法制备Fe-Mn/Beta催化剂，并对其在富氧条件下丙烯选择性催化还原NO性能进行了研究。通过N₂吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、程序升温还原（H₂-TPR）和原位漫反射傅里叶变换红外光谱（in-situ DRIFTS）等研究手段对催化剂进行表征，考察Mn组分对催化剂的物理化学性质、C₃H₆-SCR反应活性和反应中间产物的影响。结果表明，引入Mn物种可以显著提高Fe-Mn/Beta催化剂的低温催化活性，1.5Fe1.0Mn/Beta催化剂NO还原效率350℃最高可达99.4%，在250-400℃反应温度下显示出很高的反应活性和N₂选择性。原位红外光谱研究表明，分子筛离子交换位上孤立的铁离子是丙烯选择性氧化的主要活性位，分散良好的MnO₂物种不能提高催化剂对丙烯的活化能力，但有助于促进形成NO₂吸附物种，从而提升了Fe-Mn/Beta催化剂的低温C₃H₆-SCR性能。经高温水热老化处理后，Fe-Mn/Beta催化剂脱硝活性明显下降，这与孤立的Fe³⁺离子迁移形成Fe_xO_y团聚物种有关。     

Cu-Fe-PILC催化C3H6选择性还原NO的性能

采用羟基铁离子柱撑Na-Mont制备出1.0Fe-PILC,通过超声浸渍法合成不同铜负载量的nCu-Fe-PILC,并测试了其在富氧条件下催化C_3H_6选择性催化还原NO的性能。通过N_2吸附脱附、XRD、UV-Vis、H_2-TPR、Py-FTIR等技术手段表征催化剂的微观结构和物化性质,进一步解释其催化反应机理。结果表明,Cu的引入提高了1.0Fe-PILC的中低温活性和抗水硫能力。其中9Cu-Fe-PILC在300℃时NO转化率可达69.8%以上,400℃后NO转化率保持在99%以上且水硫影响较小。XRD、N_2吸附脱附结果表明,催化剂的SCR活性与所负载的活性组分和催化剂的吸附能力有关。UV-Vis结果表明,9Cu-Fe-PILC具有较强的中低温活性,与其含有较多的游离态Cu~(2+)有关。H_2-TPR结果表明,与1.0Fe-PILC相比,经Cu修饰的nCu-Fe-PILC获得了中低温还原能力。Py-FTIR结果表明,nCu-Fe-PILC表面同时含有Lewis酸和Br?nsted酸,Lewis酸是影响催化剂SCR活性的主要因素。     

丙烷在金属铁表面还原NO的实验研究

在程序控温电加热水平陶瓷管反应器、N2气氛和模拟烟气气氛以及300~1 100℃时,对丙烷在金属铁表面还原NO的特性进行了实验研究,并且与相同条件下甲烷在金属铁表面脱硝的效率进行了对比。结果表明,丙烷在金属铁表面能够高效地还原NO。N2气氛中在500~900℃,丙烷在金属铁表面的脱硝效率高于相同含量的甲烷脱硝效率,900℃以上丙烷在金属铁表面的脱硝效率超过95%,并且与甲烷的脱硝效率差别很小。模拟烟气条件下,当过量空气系数SR1小于1.0时,温度超过900℃后丙烷在金属铁表面还原NO的效率能够达到90%以上,且有、无燃尽的情况下,NO的还原率相差不大。在相同的条件下,丙烷在金属铁表面的脱硝效率高于相同条件下甲烷的脱硝效率。SO2对丙烷在金属铁表面还原NO的效率影响很小,可以忽略。     

Fe_6与NO反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT-Density Functional Theory)中的B3LYP方法在6-311+G(d,p)的计算水平上研究了Fe_6+NO→Fe_6O+N反应的相关微观机理.全参数优化了二十重态以及二十二重态反应势能面上各驻点的几何结构,用频率分析法以及内禀反应坐标(IRC-Intrinsic Reaction Coordinate)方法对过渡态进行了验证,得到了该反应的微观反应路径和反应势能面,并用两态反应分析其反应机理.通过对反应过程的分析发现,反应在二十重态以及二十二重态势能面上的反应路径是相似的,势能面上的一个交叉点能增加反应放热,有效地降低反应的活化能,为整个反应体系提供了一条能量较低的反应路径.     

Fe-PILC在贫燃条件下催化丙烯选择性还原NO

采用羟基铁离子柱撑Na-Mont制备了铁柱撑黏土催化剂(Fe-PILC),铁物种作为柱撑成分,同时充当活性组分,研究其在贫燃条件下催化丙烯选择性还原NO的特性。通过XRD、N_2吸附-脱附、H_2-TPR、UV-vis、Py-FTIR等方法对催化剂进行物理化学性质表征,进一步研究其反应机理。研究表明,1.0Fe-PILC在450-600℃时NO的转化率超过98%,N_2的选择性可达97%以上,且抗水蒸气和SO_2的能力较强。XRD和N_2吸附-脱附研究表明,Fe-PILC中铁物种柱撑进入Na-Mont层间,使催化剂的比表面积和孔容增大。H_2-TPR研究表明,Fe-PILC在400℃左右还原能力较强,主要体现为Fe~(3+)→Fe~(2+)的还原。UVvis研究表明,Fe-PILC的脱硝活性与铁氧低聚物种FexOy呈正相关。Py-FTIR研究表明,Fe-PILC表面同时含有Lewis酸和Br■nsted酸性位,Lew is酸性位是C_3H_6与NO进行催化反应的主要活性中心。     

一步水热合成Cu-SAPO-34选择性催化丙烯还原氮氧化物

采用一步法水热合成不同Cu/Al比的Cu-SAPO-34催化剂,并对其丙烯选择性催化还原NO（C₃H₆-SCR）性能进行了研究。通过N₂吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、程序升温还原（H₂-TPR）和原位漫反射傅里叶变换红外光谱（In situ DRIFTS）等研究手段对催化剂进行表征,考察Cu-SAPO-34中Cu物种含量对催化剂的物理化学性质和反应活性的影响。结果表明,当铜负载量为2.76%~4.12%（w/w）时,Cu-SAPO-34催化剂在富氧条件下300~400℃内表现出非常有吸引力的C₃H₆-SCR活性,可实现~100%的脱硝效率和~100%的N₂选择性。原位红外光谱研究表明,Cu-SAPO-34分子筛骨架上孤立的Cu²⁺离子是NO吸附和活化形成NO₂^-/NO₃^-中间物种的主要活性位,并通过C₃H₆-SCR反应过程中Cu²⁺/Cu⁺氧化还原循环来实现Cu²⁺离子的持续供给。     

丙烷在Ce-Fe/Al2O3/cordierite上选择性催化还原NO

利用凝胶溶胶法和浸渍法制备了Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂,实验研究了其催化丙烷选择性还原NO的特性。结果表明,当铈的负载量从1%增加至5%时,Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite的C₃H₈-SCR性能先增强后减弱,3.5Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite具有最佳的脱硝性能,在有氧条件下,600℃时可实现96.5%的脱硝效率。Ce的加入能够提升Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂的抗硫性能。烟气中通入0.02%的SO₂后,3.5Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite催化丙烷还原NO的转化率始终维持在93%,而没有经过Ce修饰的Fe/Al₂O₃/cordierite的NO转化率从88%下降为80%左右。利用XRD、N₂吸附-脱附、SEM、H₂-TPR、吡啶吸附红外光谱等手段研究了催化剂的物理化学性质。结果表明,加入助剂铈能与Fe形成了固溶体,增加催化剂表面Lewis酸浓度和氧化还原能力,从而提高了催化丙烷还原NO的性能。过多的铈引入会减少Fe₂O₃结晶体的形成,不利于在C₃H₈-SCR反应中形成NO₂/NO₃^-物种,从而导致NO还原效率下降。     

Ti-PILC负载Ga-Fe的CH4-SCR脱硝性能研究

为解决柱撑粘土（PILC）系催化剂在CH4作还原剂条件下选择性催化还原（SCR： selective catalytic reduction）NO效率较低、抗水蒸气、抗SO2毒化能力较差等问题,提出了一种较为新颖的催化剂制备方法。利用TiCl4作为Ti源对Na化蒙脱土进行柱撑得到Ti-PILC,之后以浸渍法和离子交换法分别负载活性金属Ga和Fe得到xGa/Ti-PILC系列和yFe-14Ga/Ti-PILC系列催化剂。采用多种方法对催化剂的基础物理化学性质进行了表征,并在固定床微反应器上进行了CH4-SCR脱硝实验。结果表明, 14Ga/Ti-PILC于500℃达到了77%的NO还原率,引入Fe后,催化剂的抗水抗硫性能得到了提高,如10Fe-14Ga/Ti-PILC,在含5%水蒸气和200ppmSO2条件下,NO脱除效率的下降不超过10%和8%。对催化剂进行N2吸附-脱附、H2-TPR、XRD、XPS、UV-vis、Py-FTIR等相关表征及分析后发现,Ga在Ti-PILC上分散度较高的情况下能有效提升催化剂对NO的还原性能;通过引入适量的Fe增加14Ga/Ti-PILC的孔径从而可较为有效的降低水蒸气和SO2对催化剂脱硝活性的负面影响;催化剂表面存在的Lewis酸的含量与催化剂的脱硝活性呈正相关关系。     

Fe_2和NO反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法在6-311+G(d,p)的计算水平上研究了Fe_2铁簇与NO反应的相关微观机理.全参数优化了八重态以及十重态反应势能面上各驻点的几何结构,并用频率分析法以及内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行了验证,得到了该反应的微观反应路径和反应势能面(PESs).用"两态反应"分析反应机理,势能面上的两个交叉点能有效地降低反应的活化能,这在动力学上和热力学上都是有利的.N原子脱离化合物为整个反应的速控步骤.