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。     

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。     

Ag对Fe/Al-PILC的SCR-C_3H_6脱硝特性的影响

为提高低温段(300℃)铝柱撑蒙脱土负载铁基催化剂的脱硝效率,采用银离子对其进行修饰。通过超声浸渍法合成银-铁双金属催化剂,并于固定床反应器中评价催化剂性能。结果表明,Ag的引入显著改善了Fe/Al-PILC催化剂的低温催化活性。在250℃时,Ag-Fe/Al-PILC催化剂的NO转化率达到60%以上,高于Fe/Al-PILC催化剂20%的NO的转化率,其中,2.1Ag-Fe/Al-PILC在250℃时NO转化率达到82%,N_2选择性达到100%。而且,引入银离子后的双金属催化剂保持了铁基催化剂较好的抗H_2O和SO_2性能。通过多种技术探究催化剂的微观结构和物理化学性质。根据N_2吸附-脱附测试结果表明,双金属催化剂形成了稳定的整体结构,并具有较大的内比表面积。同时,XRD和UV-vis表征结果显示,在催化剂表面形成的银-铁固溶体、Ag~+和Ag_n~(δ+)物种是影响其低温活性的关键因素。Ag-Fe/Al-PILC的低温活性与形成的银-铁固溶体有关,同时在催化剂表面形成的Ag~+和Ag_n~(δ+)物种是影响其低温活性的关键因素。XPS结果表明,Ag和Fe之间存在电子转移,形成了双金属协同作用,改变了催化剂表面的银、铁成分含量及其价态。H_2-TPR结果表明,Ag促使Fe/Al-PILC还原特征峰出现在低温区,提高了其低温还原性能。表面酸性的Py-FTIR分析结果表明,Ag-Fe/Al-PILC催化剂同时存在Lewis酸和Br?nsted酸,且Ag提高了Br?nsted酸的稳定性。     

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。     

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。     

Fe柱撑海泡石负载Cu催化剂：结构特点及其C3H6选择性催化还原NO催化性质

通过羟基铁离子柱撑将海泡石(Sep)改性成Fe柱撑海泡石(Fe-PILSEP),使用浸渍法(IM)将Cu负载在Fe-PILSEP上,制得不同铜含量的xCu/Fe-PILSEP催化剂。通过X射线衍射(XRD)、N2-吸附/脱附、H2-程序升温还原(TPR)和X射线光电子能谱(XPS)等对样品进行表征,并测定其对丙烯选择性催化还原NO的催化活性。N2-吸附/脱附和TGA结果表明,Fe-PILSEP的比表面积和孔体积较海泡石原矿Sep极大地增加,热稳定性也明显优于Sep。XRD和XPS结果表明,在xCu/Fe-PILSEP催化剂上同时存在Fe3+/Fe2+和Cu2+/Cu+不同氧化态的氧化物,而且Fe与海泡石之间存在相互作用,Fe和Cu之间存在电子迁移。H2-TPR结果表明,xCu/Fe-PILSEP催化剂上存在不同聚集状态的氧化铜物种。xCu/Fe-PILSEP催化剂的丙烯选择性催化还原NO的催化活性明显优于Fe-PILSEP催化剂,这可能与Fe和Cu的氧化还原性有关。xCu/Fe-PILSEP的催化活性与Cu负载量相关,其中10Cu/Fe-PILSEP催化剂显示出最高的活性,这与其高的比表面积、孔体积和氧化还原性能,及其具有更多有利于HC-SCR反应的孤立Cu2+((Cu2+)i)物种有关。     

一步水热合成Cu-SSZ-13分子筛选择性催化C3H6还原NO

采用铜胺配合物(Cu²⁺-四乙烯五胺,Cu-TEPA)作为结构导向剂,通过一步水热法合成不同铜铝比(n_Cu/n_Al)和硅铝比(n_Si/n_Al)的Cu-SSZ-13分子筛催化剂,研究其在贫燃条件下丙烯选择性催化还原NO(C₃H₆-SCR)的性能。当n_Cu/n_Al=2、n_Si/n_Al=6时2.0Cu-SSZ-13(6)催化剂具有最好的低温脱硝活性,200℃时NO转化率超过80%,在250~300℃可实现100%脱硝效率和~100%N₂选择性,同时具有较强的抗水、抗硫性能。为研究不同n_Cu/n_Al和n_Si/n_Al对催化剂物理化学特性的影响,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附-脱附测试、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)、紫外可见光谱(UV-Vis)等手段对样品进行表征。结果表明,2.0Cu-SSZ-13(6)具有最佳的脱硝性能,这是因为其具有最大的比表面积、最强的表面酸性和分布最多的孤立态Cu²⁺离子。Cu-SSZ-13上丰富的酸性位可以有效促进C₃H₆和NO的吸附和活化,SSZ-13分子筛八元环中孤立的Cu²⁺离子具有良好的氧化还原性能,是C₃H₆-SCR反应的主要活性位。随着n_Cu/n_Al的增加,孤立的Cu²⁺离子会在分子筛表面迁移、集聚形成CuO物种,从而导致C₃H₆-SCR活性下降。     

反应条件对Cu/Al-Ce-PILC上丙烯选择性催化还原NO反应的影响

 采用聚合羟基复合阳离子合成交联黏土Al-Ce-PILC, 经SO2-4改性后,以浸渍法制备了铜基交联黏土催化剂Cu/Al-Ce-PILC, 并将其应用于C3H6选择性还原NO的反应,考察了预处理气氛、 O2和C3H6浓度、空速、水蒸气和SO2等反应条件对催化剂性能的影响. 结果表明, He预处理后催化剂表面的Cu物种以Cu+和Cu2+两种形式存在,而H2预处理后仅以Cu+存在, NO转化率最大值由23%升至56%. 反应体系中适当的O2和C3H6浓度可促进NO还原为N2, 但过高的浓度反而可降低NO的还原活性, O2同时可起到抑制积炭、清洁催化剂表面的作用. NO转化率随着空速的增大而降低. 10%水蒸气的存在可抑制NO的还原和C3H6的氧化,其转化率曲线向高温方向位移. 但是,由于金属氧化物交联柱表面的疏水特性, Cu/Al-Ce-PILC较Cu/ZSM-5具有较强的耐湿热稳定性, NO和C3H6最大转化率仅分别下降13%和5%. SO2的存在明显抑制了催化剂的低温活性,但对高温活性有一定促进作用.     

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。     

富氧条件下氮氧化物的选择性催化还原I．Ag／A12O3催化剂上C3H6选择性催化还原NO的性能

利用自行研制的全自动催化剂活性评价装置和原位漫反射红外光谱仪，分别考察了Ag的负载量和形态、氧浓度及水蒸气添加对Ag／A12O3催化剂上C3H6选择性催化还原NO性能的影响。结果表明，Ag的最佳负载量为4％～6％，此时粒径为15nm左右的银簇粒子均匀地分散在Al2O3载体表面，在GHSV=50000h^-1和θ=430～550℃条件下，4％Ag／A12O3上NO转化率可达90％以上，反应过程中有机含氮化合物及NO2的生成，导致NO和NO2转化率间产生差异，当氧浓度为7％时，催化剂对NO选择性还原的催化活性最高，水的添加阻碍了活性中间物种NCO及其前驱体的形成，导致催化剂的平均活性下降。     

Fe-Ag/Al_2O_3催化丙烯还原NO的实验研究

以蜂窝状陶瓷为载体,采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了不同Fe/Ag负载量的Fe-Ag/Al_2O_3催化剂。以C_3H_6为还原剂,在模拟烟气条件下和200-700℃范围内,程序控温的陶瓷管流动反应器上进行了催化还原NO的性能评估。结果表明,7.2Fe/1.9Ag/20Al_2O_3/CM在500和550℃时催化C_3H_6还原NO的脱硝效率分别超过90%和达到100%。铁离子能有效地提高Ag/20Al_2O_3/CM催化剂抵抗烟气中的SO_2和H_2O的能力。结果表明,当烟气中含有体积分数为0.02%的SO2和8%的H_2O时,在500℃时7.2Fe/1.9Ag/20Al_2O_3/CM催化C_3H_6还原NO的脱硝效率不受影响,在6 h的连续实验中保持90%的脱硝效率而没有下降。而未经铁离子修饰的2Ag/20Al_2O_3/CM的催化活性则受烟气中的SO2和H_2O影响很大,0.02%的SO2和8%的H_2O分别使2Ag/20Al_2O_3/CM在500℃时催化C_3H_6还原NO的脱硝效率迅速从70%分别下降至46%和25%。XRD和SEM表征结果表明,经铁离子修饰后的7.2Fe/1.9Ag/20Al_2O_3/CM催化剂中,形成了AgFeO_2以及Fe~(3+),催化剂表面变得疏松多孔,形成以Fe_3O_4为主的针状和片状晶体。H_2-TPR结果表明,7.2Fe/1.9Ag/20Al_2O_3/CM比Ag/20Al_2O_3/CM在更宽的温度范围内具有更好的还原特性。吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)实验结果显示,Fe增加了催化剂表面的Lewis酸性位。     

钛纳米管负载锰催化剂的低温选择性催化还原脱硝性能

采用水热法合成了钛纳米管（TiNT）,以400℃焙烧后得到的TiO₂纳米管为载体,采用浸渍法制备了MnO_x/TiNT催化剂,用于低温NH₃选择性催化还原脱NO反应（SCR）。BET、TEM、XRD及TG测试表明,经过400℃焙烧之后的钛纳米管主要成分为锐钛矿型TiO₂,所制备的催化剂活性组分分散性较好。在模拟烟气条件下,考察了锰负载量、空速、O₂含量、氨氮比及进口NO浓度对MnO_x/TiNT的SCR催化性能的影响。在150℃、\[NH₃\]/\[NO\]比为1.2、O₂浓度为3%、NO浓度为0.06%、空速GHSV为23613.8h^-1、Mn的负载量为5%~15%的条件下,NO的转化率达到95%以上。反应气氛中单独通入水会造成催化剂的活性下降;切断H₂O,催化剂的活性可以恢复至初始水平。温度越高,催化剂抗水性能越好,而且水存在情况下的抗硫性能优于其单独抗硫性能。再次切断H₂O和SO₂,催化剂的活性逐渐上升,但不能恢复到初始水平。     

沥青基球状活性炭担载尿素用于NO2的低温选择性催化还原行为研究

将作为还原剂的尿素担载于沥青基球状活性炭(PSAC)上研究了NO₂的低温选择性催化还原(SCR)反应。结果表明,PSAC上尿素担载量的提高可以增大NO₂与尿素的反应几率;当尿素担载量由8%提高到30%时,SCR反应脱硝活性显著提高,脱硝时间相应延长。在30~90℃,升高反应温度会减小NO₂在PSAC表面的吸附量,从而导致NO_x的脱除量减小。增加反应气氛中NO₂和O₂的浓度均有利于脱硝活性的提高,但当O₂进料浓度大于9%时,继续增加O₂进料浓度对脱硝活性的改善作用变得微弱。降低空速有利于提高脱硝活性和延长脱硝时间。当反应温度为30℃、空速为2000h^-1、NO₂和O₂的进料浓度分别为0.05%和21%时,尿素担载量为8%的PSAC可在49h内实现85%以上的NO_x转化率。     

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。     

乙烷在金属铁表面还原NO的实验研究

温度300~1 100 ℃时,由程序控温电加热水平陶瓷管反应器在N₂气氛和模拟气氛下,对乙烷在金属铁表面还原NO的特性进行了实验研究。结果表明,乙烷在金属铁表面能够高效地还原NO。在N₂气氛中,温度高于900 ℃时,乙烷在金属铁表面的脱硝效率超过95%。在模拟烟气条件下,当温度超过900 ℃,且过量空气系数小于1.0时,乙烷在金属铁表面还原NO的效率能够达到90%以上。相同条件下,乙烷在金属铁表面脱硝效率高于甲烷的脱硝效率。SO₂对乙烷在金属铁表面还原NO的效率影响可以忽略。对反应后的铁样品的组分进行了XRD表征,在此基础上对反应机理进行了分析。结果表明,在模拟烟气条件下NO的还原通过乙烷的再燃脱硝和金属铁直接还原两个机理完成。金属铁直接还原NO时生成的氧化铁则被乙烷还原为金属铁,从而使得金属铁能够持续对NO进行直接还原。乙烷再燃还原NO的中间产物HCN被氧化铁氧化为N₂,同时氧化铁也被HCN还原为金属铁。这一过程增强了NO的持续还原反应,同时避免了在燃尽时HCN二次氧化重新生成NO,从而保证了较高的NO还原效率。     

Cu改性Fe/Al-PILC催化剂的SCR-C3H6脱硝特性实验研究

为提高Fe/Al-PILC催化剂的SCR脱硝的低温活性,采用Cu对Fe/Al-PILC催化剂进行改性。采用超声浸渍法合成系列xCu-Fe/Al-PILC催化剂,通过XRD、N₂吸附-脱附、H₂-TPR、UV-vis、XPS、Py-FTIR等系列技术手段进行表征。在固定床微反应器上进行C₃H₆的选择性催化还原NO的实验。结果表明,经过铜改性后的xCu-Fe/Al-PILC催化剂有效解决了Fe/Al-PILC催化剂低温SCR活性不足的问题,同时提高了中高温活性。催化剂在200-500℃能够实现80%以上脱硝效率,其中,0.13Cu-Fe/Al-PILC在250-500℃实现了90%以上NO转化率,并在250℃达到最高脱硝效率93%。XRD、N₂吸附-脱附结果表明,经过铜改性的催化剂可以提供更多反应活性位,提高反应速率。H₂-TPR结果表明,掺杂铜使催化剂获得低温还原能力,同时增强了中高温还原能力。UV-vis、XPS结果表明,铜掺杂不仅使铁获得更高氧化态,同时产生了更多低温活性物质孤立Fe³⁺。Py-FTIR结果表明,催化剂表面同时存在Lewis酸和Brønsted酸,Lewis酸是SCR反应活性中心。     

铁铈复合氧化物催化剂SCR脱硝反应动力学研究

利用共沉淀法制备了铁铈复合氧化物催化剂,在积分实验系统上考察了NO初始浓度、NH₃/NO比及O₂浓度对其SCR脱硝活性的影响;并借助微分系统探讨了其SCR脱硝的催化反应动力学,构建了铁铈复合氧化物催化剂的催化脱硝反应动力学模型.实验结果表明,NO初始浓度越高,每克催化剂的NO转化率越高;随着NH₃/NO比的增加,NO转化率先迅速增加后趋势减缓,最终趋于稳定;O₂在NH₃-SCR反应中起着重要的作用;在175~225 ℃下,Fe_0.95Ce_0.05O_z催化剂的NO和NH₃反应级数分别为1级和0级,O₂的反应级数接近0.5级,该反应的表观活化能为42.6 kJ/mol.     

Selective catalytic oxidation of NO over iron and manganese oxides supported on mesoporous silica

The selective catalytic oxidation （SCO） of NO was studied on a catalyst consisting of iron-manganese oxide supported on mesoporous silica （MPS） with different Mn/Fe ratios. Effects of the amount of manganese and iron, oxygen, and calcination temperature on NO conversion were also investigated. It was found that the Mn-Fe/MPS catalyst with a Mn/Fe molar ratio of 1 showed the highest activity at the calcination temperature of 400 °C. The results showed that over this catalyst, NO conversion reached 70% under the condition of 280 °C and a space velocity of 5000 h-1. SO2 and H2O had no adverse impact on the reaction activity when the SCO reaction temperature was above 240 °C. In addition, the SCO activity was suppressed gradually in the presence of SO2 and H2O below 240 °C, and such an effect was reversible after heating treatment.     

制备工艺对Mn-Fe/ZSM-5催化剂在NH3-SCR催化还原反应中催化性能的影响

分别采用共沉淀法和浸渍法、不同铁前驱物以及不同焙烧温度等研究了制备工艺对Mn-Fe/ZSM-5催化剂的结构、化学组分及NH3-SCR活性的影响。结果显示,当采用Fe(NO3)3作为Fe前驱物,并用共沉淀法制备、300°C焙烧条件下得到的MFZ-CP-N-300样品低温活性最优,在120°C时,其NO的转化率达到96.7%,120-300°C范围内NO转化率始终保持在95%以上。同时利用XRD、NH3-TPD、XPS、SEM、TEM、氮吸附等手段对催化剂结构、晶相、酸位、锰铁氧化物的化学形态及表面的形貌特征进行表征分析。结果表明锰铁氧化物分别以MnO2-Mn2O3和Fe2O3的形式高度分散于催化剂表面,特别是当Mn4+/Mn3+比例为1.254时,有较强的表面中强酸和较多的酸位数,从而增加了NH3的吸附能力,提高NO的转化率。