焙烧温度对Mn-Fe/CeO2-TiO2催化剂低温NH3选择性催化还原NO的影响

采用等体积浸渍法制备了Mn-Fe/CeO2-TiO2催化剂,考察了不同焙烧温度对其NH3选择性催化还原(SCR)NO活性及催化剂性能的影响。并用N2吸附-脱附,X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行了表征。活性结果表明,随着焙烧温度的升高,Mn-Fe/CeO2-TiO2催化剂的催化活性先升高后降低。其中焙烧温度为500℃时Mn/CeO2-TiO2的NH3-SCR活性最佳,该催化剂在113～250℃之间表现出了良好NO去除效率。表征结果表明,500℃焙烧时,催化剂中Fe和Mn物种在CeO2-TiO2表面的分散效果最好。500℃焙烧时Mn-Fe/CeO2-TiO2表面Mn以+4价存在,Fe以+3、+2价存在,而Ce以+4、+3存在。     

Silicotungstic acid modified Ce‐Fe‐Ox catalyst for selective catalytic reduction of NOx with NH3: Effect of the amount of HSiW

The HSiW(x)/Ce‐Fe catalysts were used to research the effect of silicotungstic acid contents on the catalytic activity in the selective catalytic reduction of NO_x with NH₃. Doping different contents of silicotungstic acid affected surface species and redox property as well as the catalytic activity. With the increasing amount of HSiW (x = 5%, 10% and 20%), the redox reaction between Fe³⁺/Fe²⁺ and Ce⁴⁺/Ce³⁺ enhanced, which could improve the ratio of Ce³⁺ and Fe³⁺. And then, more Ce³⁺ increased the ratio of chemisorbed oxygen (O_α). Besides, the type and strength of acid sites over HSiW(_x)/Ce‐Fe was affected by the HSiW contents. These factors facilitated the catalytic performance. Thus, the NO_x conversion of HSiW(x)/Ce‐Fe(x = 20%) was higher than 90%, which maintained in a wide temperature range between 200 and 400 °C.     

Promotional effect of acidic oxide on catalytic activity and N2 selectivity over CeO2 for selective catalytic reduction of NOx by NH3

The CeO₂, CeO₂‐ZrO₂ and CeO₂‐WO₃ catalysts were prepared by hydrothermal method and used to the selective catalytic reduction of NO_x by NH₃. The addition of ZrO₂ or WO₃ into CeO₂ was favorable for pore structure, and then improved the number of active sites. Besides, the introduction of ZrO₂ into CeO₂ could improve the Lewis acid sites while WO₃ could contribute to the generation of Brønsted and Lewis acid sites, which could improve the catalytic performance and N₂ selectivity. The CeO₂‐WO₃ catalyst exhibited optimal catalytic activity with above 90% NO_x conversion performance at 220–425 °C and approximately 100% N₂ selectivity at 150–425 °C.     

不同WO3含量对CeO2-ZrO2-WO3催化剂在NH3选择性催化还原NO中的影响

采用水热法制备了CeO₂-ZrO₂-WO₃(CZW)催化剂,考察了WO₃含量对CZW催化剂上NH₃选择性催化还原NO_x性能的影响,并利用X射线衍射、N₂吸附-脱附、H₂程序升温还原、NH₃和NO程序升温脱附等方法对其进行了表征。结果表明,WO₃以无定形的形式存在于催化剂中,添加WO₃后显著提高了催化剂的表面酸性,并且在CZW催化剂上出现了强吸附的NO物种,从而有利于提高催化剂的活性。另外,适量的WO₃引入将增大催化剂的比表面积,促进催化剂的氧化还原性能,这将有利于提高SCR的催化活性。和CeO₂-ZrO₂催化剂相比,当WO₃的含量为20%时,CZW催化剂表现出良好的抗硫性能。此外,当空速为60 000 h^-1时,在200~463 ℃,该催化剂显示出了大于90% NO_x转化率。     

焙烧温度对含Mg助剂的铁基催化剂F-T合成反应性能的影响

采用连续共沉淀和喷雾干燥技术相结合的方法制备了Mg助剂的Fe/Cu/K/SiO2催化剂,采用N2物理吸附、XRD、MES 和H2-TPR等表征手段,考察了焙烧温度对催化剂比表面积、体相结构和还原性能的影响。结果表明,随着焙烧温度的升高,催化剂的比表面积降低,平均孔径增大,体相中α-Fe2O3晶粒逐渐增大,催化剂变的越来越难还原,其结构更加稳定。在H2/CO （摩尔比）= 2.2、250 ℃、2.0 MPa和2 000 h－1于固定床反应器考察了焙烧温度对该催化剂F-T合成反应性能的影响,结果表明,随着焙烧温度的升高,催化剂的F-T合成反应活性降低,在运行过程中反应活性逐渐增加直至达到平稳,但达到平稳所需的诱导期越来越长;提高焙烧温度使烃产物分布向重质烃方向转移,有利于降低CH4的选择性,促进重质烃的生成。     

负载型铈基催化剂在NH3-SCR反应中的载体效应

近年来,氨-选择催化还原(NH3-SCR)技术被公认为是控制燃煤烟气和柴油车尾气氮氧化物(NOx)排放的最有效手段之一.V2O5-WO3/TiO2和V2O5-MoO3/TiO2催化剂在300–400°C范围内表现出优异的脱硝性能和抗H2O和SO2中毒性能,因而被广泛用于NH3-SCR过程.然而,钒基催化剂存在一些缺点,如氧化SO2到SO3的活性较高、高温下将部分NH3非选择性地氧化成N2O、V2O5具有生物毒性等.因此,非钒基脱硝催化剂的研制引起人们越来越多的关注.二氧化铈(CeO2)因具有氧化还原性能优异、储/释氧能力强和Ce3+/Ce4+转换容易等优点而广泛用于NH3-SCR反应.然而,单纯CeO2的脱硝性能并不理想.研究表明,将CeO2制备成铈基复合金属氧化物催化剂和负载型铈基催化剂可显著提高其在NH3-SCR反应中的催化性能.尤其是负载型铈基催化剂由于催化性能优异、比表面积大、热稳定性高及活性组分用量少而成为研究热点.众所周知,对于负载型金属氧化物催化剂,载体并不只是惰性材料,它会显著影响表面负载组分的物理化学性质和催化性能.因此,关于载体与组分间相互作用的研究常见诸报道.但是,对于负载型铈基催化剂,具有不同晶相结构的载体对其理化性质和NH3-SCR催化性能的影响规律尚不明晰.此外,SiO2,γ-Al2O3,ZrO2和TiO2是工业上常用的四种催化剂载体,它们具有不同的晶相结构和应用场合,究竟哪一个最适合作为负载型铈基催化剂的载体用于NH3-SCR反应尚无定论.因此,为了阐明负载型铈基催化剂在NH3-SCR反应中的载体效应,筛选出最佳的催化剂载体,我们首先采用溶胶-凝胶法和沉淀法合成了SiO2,γ-Al2O3,ZrO2和TiO2四个载体,再通过浸渍法制备了一系列负载型铈基催化剂(CeO2/SiO2,CeO2/γ-Al2O3,CeO2/ZrO2和CeO2/TiO2)用于NH3-SCR反应.并借助于X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、比表面积测定(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气-程序升温还原(H2-TPR)以及氨气-程序升温脱附(NH3-TPD)等表征手段对上述载体和催化剂进行了较为全面的分析.研究结果表明,这些负载型铈基催化剂的理化性质和脱硝性能强烈地依赖于催化剂载体.首先,CeO2/γ-Al2O3催化剂的表面Ce3+含量明显大于CeO2/SiO2,CeO2/ZrO2和CeO2/TiO2催化剂,有利于氧空位的产生以促进NO分子的解离,进而导致优异的NH3-SCR反应性能.其次,CeO2/γ-Al2O3催化剂具有最佳的还原性能,有利于NO氧化为NO2,进而通过"快速NH3-SCR"途径提升其催化性能.再者,CeO2/γ-Al2O3催化剂表面酸性位最多,能够促进反应物NH3分子的吸附与活化,从而提高脱硝性能.最后,CeO2/γ-Al2O3催化剂在H2O和SO2存在的条件下同样表现出最佳的催化性能,表明其有望用于实际燃煤烟气脱硝.     

磷酸对二氧化铈催化剂氨选择性催化还原氮氧化物反应的促进作用(英文)

氮氧化物NO_x(NO和NO_2)对大气的污染日益严重,主要表现为形成酸雨、导致光化学烟雾和产生温室效应等,严重危害人类健康.氨气选择性催化还原(NH_3-SCR)NO_x是目前最有效的固定源NO_x消除技术.工业中常用的催化剂主要是V_2O_5-WO_3/TiO_2,但其活性组分V_2O_5有毒,且存在氧化能力较强和操作温度窗口过窄等缺点.开发新型环境友好的非钒基NH_3-SCR催化剂体系己成为NO_x催化净化领域的研究热点.CeO_2在稀土市场中占有很大比重且相对廉价,同时还具有优异的氧化-还原及储氧性能,因此开发Ce基SCR脱硝催化剂具有非常好的发展前景.对于NH_3-SCR反应,催化剂必须同时具有酸性位和氧化还原中心.酸性位有利于还原剂NH_3的吸附与活化,而氧化还原中心可以促使氧化剂和还原剂之间发生反应.对于低温SCR催化剂,表面酸性适中即可,氧化还原性能起决定作用;而对于中高温SCR催化剂,不仅要提高其表面酸性以保证足够的NH_3吸附量,同时还要控制其表面氧化性不宜太强,否则在高温段NH_3氧化,N_2选择性下降,NO转化率降低.CeO_2具有一定碱性以及优异的氧化还原性能,因此在高温阶段CeO_2催化剂上易发生NH_3深度氧化,高温NH_3-SCR活性差,温度窗口窄.为了拓宽CeO_2基催化剂的温度窗口,改善其催化性能,有必要调整CeO_2的氧化还原性能和酸碱性能.过渡金属磷酸盐或焦磷酸盐具有特殊的表面酸性和氧化还原性,被广泛应用于多种催化反应.考虑到过渡金属磷酸盐或焦磷酸盐表面同时具有酸性位和氧化还原中心,因而可用于NH_3-SCR反应.最近本课题组通过水热法制备了一种环境友好的Ce-P-O催化剂,该催化剂在较宽的温度范围(300-550℃)内表现出较高的催化NO转化能力,同时具有较强的抗碱和耐硫能力,显示出很好的应用前景.此外,硫酸盐和镍盐修饰能有效改善铈锆固溶体催化剂的NH_3-SCR性能:镍修饰增强了铈锆固溶体的Lewis酸性,有利于提高催化剂的低温活性,而硫酸盐改性提高了催化剂的Bronsted酸性,因此有利于催化剂高温下吸附NH_3,抑制了NH_3的过度氧化.另外,磷酸盐修饰能提高铈锆固溶体催化剂NH_3-SCR反应活性.然而,有关催化剂结构系统表征鲜见报道,催化剂的构效关系阐述不够详细.本文采用浸渍法将不同量的H_3PO_4负载于CeO_2上制备了H_3PO_4修饰的CeO_2催化剂,发现H_3PO_4修饰能显著改善CeO_2催化剂的NH_3-SCR性能.本文对催化剂结构进行了系统表征,详细探讨了H_3PO_4促进作用的原因.NH_3-SCR活性测试显示,H_3PO_4修饰后,催化剂活性显著提高,部分抑制了高温时CeO_2催化剂上NH_3的直接氧化,提高了SCR反应的选择性,从而拓宽了温度窗口.X射线衍射、红外光谱和拉曼光谱表征结果发现,随着H_3PO_4负载量增加,样品中CeO_2相逐渐减少,而新相如CeP_2O_7和Ce(PO_3)_4等逐渐增多,多磷酸根阴离子可能是表面酸性增强的关键因素.NH_3程序升温脱附和吸附吡啶红外光谱结果表明,随着H_3PO_4修饰量的增加,样品的酸强度逐渐增大,Lewis酸性逐渐减弱至消失,而Bronsted酸性逐渐增强.增强的Bronsted酸性可能归因于H_3PO_4修饰后样品表面不断增加的P-OH基团.相对于Lewis酸,Bronsted酸性位氧化能力更弱,可以抑制高温下NH_2(ads)继续脱氢,避免了NH_3深度氧化.程序升温还原测试结果表明,H_3PO_4修饰后,各还原峰向高温偏移,偏移量随H_3PO_4负载量增加而增加.这说明H_3PO_4修饰后CeO_2的氧化还原能力降低,抑制了高温下NH_3的过度氧化.因此,H_3PO_4的修饰使得CeO_2催化剂高温NH_3-SCR活性和N_2选择性大幅提高.综上所述,H_3PO_4-CeO_2样品优异的脱硝催化活性可能归因于H_3PO_4修饰后催化剂酸性,尤其是Bronsted酸性的增强以及氧化还原性的降低.     

焙烧温度对Ni/CaO-Al2O3结构及其催化重整性能的影响

采用共沉淀法制备了一系列具有类水滑石结构前驱体的Ni/CaO-Al₂O₃复合催化剂,考察了制备过程中焙烧温度对复合催化剂结构及性能的影响。结果表明,焙烧温度可调控活性组分Ni与载体之间的相互作用力,进而调变复合催化剂的比表面积、活性组分Ni的颗粒粒径。当焙烧温度为700 ℃时,Ni与载体之间相互作用力适宜,复合催化剂具有最大的比表面积（21.42 m²/g）和最小的Ni颗粒粒径（19.51 nm）;该复合催化剂在CO₂吸附强化CH₄/H₂O重整制氢过程中可得到98.31%的H₂浓度和94.87%的CH₄转化率,循环10次后,H₂浓度仍能保持在97.35%以上。这是因为大的比表面积为反应提供了更多的活性位点,利于CO₂吸附过程的强化,而小的Ni颗粒粒径提高了复合催化剂的抗烧结能力。     

表面Mo修饰提高CeTiO_x催化剂低温脱硝性能（英文）

近年来,以雾霾为代表的大气污染问题严重影响到经济社会的可持续发展.其中,氮氧化物(NOx)的大量排放是导致雾霾天气的重要原因之一.氨选择性催化还原(NH3-SCR)是目前消除氮氧化物的主流技术,低温NH3-SCR更是广泛应用于钢铁、焦化、水泥、玻璃、陶瓷和垃圾焚烧等行业的烟气排放治理.传统的V2O5-WO3/Ti O2催化剂活性温度高(300–400 oC)且钒具有生物毒性,因此亟待开发环境友好的低温非钒基脱硝催化剂.最近, Ce Ti Ox基催化剂由于在中高温段(250–400 oC)表现出优异的脱硝性能而得到广泛关注.然而,该催化剂仍面临低温活性差及抗硫性能差的问题,制约了其工业化应用.研究显示,添加过渡金属可提高Ce Ti Ox基催化剂的脱硝活性和抗硫中毒性能,这主要是因为过渡金属的添加可以有效改善催化剂的氧化还原性能和表面酸性.Mo O3作为一种可以提供大量酸性位的氧化物,常被用作助剂改善钒钨钛催化剂的活性.研究显示, Mo O3的引入可以促进催化剂中钒物种的分散度以及提高表面酸性.基于此,我们制备了一系列不同Mo含量的Mo O3/Ce Ti Ox催化剂,以期提高Ce Ti Ox催化剂的低温脱硝性能及抗SO2中毒能力,并着重研究表面Mo的修饰对Ce Ti Ox催化剂物理化学性质的影响.研究发现,表面Mo修饰可以显著提高Ce Ti Ox的低温催化活性,其脱硝效率在150 oC即可达到80%,同时抗SO2中毒能力也得到增强.进一步借助X射线衍射、比表面积测定、氢气程序升温还原、氨气程序升温脱附和X射线光电子能谱等方法对催化剂进行了全面表征分析.结果显示,表面Mo修饰对Ce Ti Ox催化剂物理化学性质的影响与其脱硝性能有着密不可分的关系.首先,钼物种主要是以Mo O3的形式存在于Ce Ti Ox表面,其最佳的负载量为4wt.%.其次,表面Mo的沉积显著提高了催化剂的表面酸量,尤其是Br?nsted酸位的数量,而表面酸位的增加有利于催化剂吸附与活化反应物种NH3;同时,表面Mo修饰还减弱了硝酸盐在催化剂表面的吸附,进一步促使NH3-SCR反应按照Eley-Rideal机理顺利进行.最后,该催化剂在H2O和SO2存在的条件下仍具有最佳的脱硝性能,因而有望用于实际含SO2的低温烟气脱硝.     

CuSO_4/TiO_2催化剂在氨选择性催化还原氮氧化物反应中的性能(英文)

氮氧化物(NO_x)是主要的大气污染物之一.氨气选择性催化还原法(NH_3-SCR)是目前去除固定源排放的氮氧化物的最有效方法,被广泛用于燃煤或者生物质的火电厂中.催化剂是NH_3-SCR法的核心,其中V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂是主要的商业SCR催化剂;但是V_2O_5有毒,对环境的影响很大;另外,该催化剂具有较高的SO_2氧化性能.因而研究者一直在探索新型的SCR催化剂.SO_2是燃煤电厂烟气中的典型气体之一,所以抗硫性能是催化剂的一个重要指标.在SCR反应条件下,SO_2和O_2容易与氧化物催化剂发生反应生成稳定性较高的硫酸盐,覆盖在催化剂表面从而引起催化剂失活.但已有研究发现,硫化会提高K中毒后的V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂的活性.并且,短时间的硫化可以明显提高CuO/Al_2O_3的NH_3-SCR活性.硫酸盐催化剂或许具有较低毒性和较高抗硫性能,应该是一种有前景的SCR催化剂.本文以商业纳米TiO_2为载体,采用湿式浸渍法制备了一系列的CuSO_4/TiO_2催化剂.在自制的活性评价装置上测试了样品的NH_3-SCR活性并且在340℃下连续24 h测试了SO_2、水蒸气及两者共同作用对催化剂活性的影响.使用N_2等温吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、H_2程序升温还原(H2-TPR)和NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)对催化剂进行了表征.另外,采用原位红外漫反射光谱研究了CuSO_4/TiO_2催化剂上的NH_3-SCR反应过程.N_2等温吸附-脱附结果表明,负载的CuSO_4没有明显改变载体的孔结构.而XRD结果仅显示锐钛矿TiO_2的衍射峰,说明CuSO_4在载体上有较好的分散度或者CuSO_4的含量低于检测限.XPS结果显示,催化剂中的铜主要以Cu~(2+)形式存在,硫主要以SO_4~(2-)形式存在,而氧主要以晶格氧和吸附氧两种形式存在,并且CuSO_4的存在会增加催化剂中吸附氧的含量.H_2-TPR结果表明,随着CuSO_4含量的增加,催化剂的氧化还原能力逐渐增强.NH_3-TPD结果表明,催化剂表面的酸性位数目随着样品中CuSO_4含量的增加而增加.纯TiO_2的NH_3-SCR活性很差,当温度从300℃增加到450℃时,最高NO_x转化率仅为32.7%.但当CuSO_4负载到TiO_2上以后,催化剂活性明显提高.在反应温度高于340℃时,CuSO_4/TiO_2催化剂的NO_x转化率在94%以上,与商业V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂相当,并且其N_2O生成量低于商业催化剂.不过,当温度低于340℃时,CuSO_4/TiO_2催化剂的NO_x转化率明显低于商业催化剂,说明CuSO_4/TiO_2催化剂的活性仍有待改善.连续24 h测试了SO_2、水蒸汽及两者的共同作用对CuSO_4/TiO_2催化剂活性的影响.结果显示,单独的水蒸气会导致活性轻微下降,但SO_2以及两者共同存在时对催化剂的活性基本没有影响.CuSO_4/TiO_2催化剂的NH_3吸附红外光谱表明,催化剂上存在Lewis和Bronsted两种酸性位,但Bronsted酸性位上的NH_4~+稳定性较差,280℃时即基本消失.在高温时,NH_3主要吸附在Lewis酸性位上且CuSO_4/TiO_2催化剂对NO_x的吸附能力较差,红外光谱未检测到NO_x的吸附峰.380℃下,当NO和O_2通入预吸附NH_3的催化剂样品时,属于Lewis酸性位上NH_3的红外峰明显下降,说明Lewis酸性位上吸附的NH_3参与了反应.CuSO_4/TiO_2显示出高的抗硫抗水性能和比较好的NH_3-SCR活性,应该是一种有应用前景的SCR催化剂.CuSO_4可以增加催化剂的酸性位数目和吸附氧量.根据原位红外漫反射结果,CuSO_4/TiO_2上的SCR反应遵循Eley-Rideal机理.气相的NO与吸附在Lewis酸性位上的NH_3反应生成N_2和H_2O或许是主要的反应途径,并且吸附氧可能会促进这个过程.     

焙烧温度对Pd-Cu/凹凸棒土CO常温催化氧化性能的影响

以凹凸棒土(APT)作载体,采用等体积浸渍法制备了Pd-Cu/APT催化剂,以CO氧化为探针反应,在连续流动微反装置上,考察了焙烧温度对催化剂CO常温催化氧化性能的影响。通过N2-物理吸附、XRD、TG、FT-IR和H2-TPR等手段对催化剂的结构和性质进行了表征。结果表明,随焙烧温度升高,Pd-Cu/APT中载体逐步脱水,进而引起催化剂结构和织构变化,其中,Cu物种由Cu(OH)Cl逐渐向CuO转变,同时,高分散的Pd物种与Cu物种间相互作用先增强后减弱。经300℃焙烧的催化剂比表面积大,Cu物种以Cu(OH)Cl形式存在,且具有良好的分散状态,与Pd物种之间产生较强的相互作用,显著提高了其还原性能。在空速6 000 h-1、CO体积分数0.5%、水蒸气体积分数3.3%的反应条件下,常温可将CO完全转化800 min以上。焙烧温度高于或低于300℃均引起CO常温催化氧化性能的下降。     

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NOx(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.NOx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.     

制备方法对MnOx-CeO2催化剂理化性质及低温NH3-SCR脱硝性能的影响

随着人们环保意识的增强,氮氧化物(NOx)的危害引起广泛关注.NOx作为首要的大气污染物之一,主要来源于以燃煤电厂为代表的固定源和以机动车为代表的移动源.它不仅能够导致酸雨和光化学烟雾,而且还是PM2.5的重要前驱体,严重危害人类健康和植物生长.因此,NOx的治理迫在眉睫.研究表明,氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术是控制固定源NOx排放最经济有效的方法.商业化V2O5-WO3/TiO2和V2O5-MoO3/TiO2脱硝催化剂的最佳工作温度窗口为300?400℃.因此,NH3-SCR脱硝设施通常安装在除尘器和脱硫装置之前以满足最佳工作温度需要.然而,在这种情况下,脱硝催化剂容易因烟气中的飞灰和含硫化合物堵塞、中毒而失活.此外,对于老电厂增加脱硝设施的改造工程,在除尘器和脱硫装置之前没有足够的空间用于安装脱硝设施.因此,开发环境友好型低温NH3-SCR脱硝催化剂显得尤为重要,因为它可以直接安装在除尘器和脱硫装置之后,从而有效减缓脱硝催化剂失活,有利于改造工程的施工.研究表明,锰基催化剂由于其优异的氧化还原性能和氧迁移能力有利于氧化NO为NO2,促进反应沿着"快速NH3-SCR"途径进行,从而表现出优异的低温脱硝性能.然而,其N2选择性、抗水性能和工作温度窗口还有待改善.因此,开发既具有高催化活性又具有宽工作温度窗口、优异抗水性能以及理想N2选择性的低温脱硝催化剂仍是一个富有挑战性的课题.二氧化铈(CeO2)由于具有优异的氧化还原性能、良好的储/释氧能力、丰富的氧空位以及Ce4+/Ce3+的轻易切换而被广泛用于NH3-SCR反应.因此,将锰氧化物(MnOx)与CeO2相结合而制备的MnOx-CeO2催化剂可能会表现出优异的低温脱硝性能.而催化剂的理化性质和催化性能还强烈地依赖于其制备方法.因此,本文采用不同方法(机械混合法、浸渍法、水热法、共沉淀法以及溶胶-凝胶法)制备了一系列MnOx-CeO2催化剂用于低温NH3-SCR反应,并运用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氮气物理吸附、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)以及原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)等表征技术对催化剂进行了系统分析.重点考察了制备方法对MnOx-CeO2催化剂理化性质和催化性能的影响.结果表明,低温脱硝性能有如下顺序:水热法>溶胶-凝胶法>共沉淀法>浸渍法>机械混合法.这与催化剂表面Ce3+和Mn4+含量、氧空位和表面吸附氧物种浓度以及酸量和酸强度顺序一致.这些性质都与MnOx和CeO2之间的电子相互作用(即Mn3++Ce4+?Mn4++Ce3+)密切相关.特别是水热法制备的MnOx-CeO2催化剂(MnCe-HTM)由于Mnn+掺入到CeO2晶格形成铈基固溶体(含Mn-O-Ce结构)以及水热过程中的高温高压环境加强了MnOx和CeO2之间的电子相互作用,从而表现出优异的理化性质、最佳的低温脱硝性能以及理想的抗水性能.     

二氧化锰在低温NH3-SCR催化反应上的形貌效应

利用水热法制备了三种不同形貌的MnO₂催化剂,分别为α-MnO₂纳米棒,γ-MnO₂纳米片和δ-MnO₂纳米薄膜组装的微球,考察了纳米材料的形貌结构对催化剂低温选择性催化还原(SCR)反应性能的影响,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N₂吸附-脱附、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)以及拉曼(Raman)光谱等表征手段对催化剂的结构进行了分析。结果表明,在50-250 ℃的温度范围内,γ-MnO₂纳米片表现出最优的SCR催化性能,不仅NOx转化率最高而且N₂选择性也最好。表征结果表明,比表面积并不是影响MnO₂催化性能的主导因素,纳米材料的晶型结构与表面暴露的活性晶面共同决定着催化剂的SCR性能。γ-MnO₂纳米片表面暴露的(131)晶面上不仅存在着大量的配位不饱和Mn离子,从而形成了较多的强酸性位点;而且还存在着较多的活性氧物种。这些活性位点可以使得NH₃和NO_x的活化过程在较低温度下进行。高浓度的流动性氧以及高价态的Mn₃₊和Mn⁴⁺也使得催化剂的氧化还原反应更易发生。     

Fe-Beta分子筛催化剂在选择催化还原氮氧化物反应中的活性:Fe含量的影响

NOx是主要的大气污染物之一,对环境和人体健康具有极大的危害.其主要来源之一是柴油机尾气排放,V2O5-WO3/TiO2催化剂是现阶段大规模商用的SCR催化剂,但V2O5-WO3/TiO2催化剂相对较窄的温度窗口和V2O5的生物毒性使得迫切需要新型的环境友好的高效SCR催化剂,其中分子筛因其特殊的孔道结构和催化性能受到广泛的关注.用于SCR过程的分子筛主要包括ZSM-5,Beta,MOR,SAPO-34和SSZ-13等,通常采用Cu,Fe,Mn和Co等过渡金属对其进行改性,通过调变分子筛的表面酸性和氧化还原性能,提高催化剂的SCR活性.Beta分子筛具有三维12元环孔道结构,相对其它分子筛具有较好的水热稳定性,而且制备工艺成熟,价格低廉,因此该类分子筛催化剂在SCR过程中具有很好的应用前景.我们采用离子交换法制备了系列Fe-Beta催化剂,发现将相同质量硝酸铁溶解在不同体积去离子水中,配制成不同浓度的硝酸铁溶液后与分子筛进行离子交换反应,制备得到的Fe-Beta催化剂中Fe的含量和NH3-SCR催化活性均存在显著差别.在此基础上,我们固定硝酸铁溶液浓度(0.02mol/L),通过增加溶液的体积,分别制备了Fe含量为(2.6,6.3和9)wt%的Fe-Beta分子筛.结果表明,Fe负载量为6.3 wt%时,Fe-Beta催化剂表现出最好的催化活性,NOx转化率大于80%的温度窗口为202-616℃.虽然三个催化剂在比表面积,孔径和Fe的价态上没有明显的差别,但Fe含量为6.3 wt%的催化剂在保持相对较高的Fe负载量的同时具有更多的孤立Fe3+物种,同时具有较好的NH3和NO吸附性能以及NO氧化能力,这些特性使得该催化剂相对于其它两个催化剂表现出更高的NH3-SCR催化活性.当Fe含量增加到9 wt%时,催化剂中FexOy纳米颗粒的含量大幅增加,使得NH3非选择性氧化能力加强,从而导致高温NH3-SCR反应活性大幅下降.     

焙烧温度对Pt-FeOx/γ-Al2O3催化剂催化甲醛氧化性能的影响

采用胶体沉积法制备了Pt-FeO_x/γ-Al₂O₃催化剂,通过XRD、TEM、BET、XPS、H₂-TPR和FT-IR等技术对催化剂进行了表征,考察了焙烧温度对Pt-FeO_x/γ-Al₂O₃催化剂表面结构及其催化甲醛氧化性能的影响。结果表明,焙烧温度对Pt-FeO_x/γ-Al₂O₃催化剂的氧化还原性能、Pt物种的化学状态以及表面羟基的数量有较大的影响。在室温下,所有Pt-FeO_x/γ-Al₂O₃催化剂均表现出催化氧化活性,其中,200℃焙烧的Pt-FeO_x/γ-Al₂O₃催化剂表现出最好的催化性能,可以将甲醛100%转化为CO₂和H₂O。较低温度焙烧的Pt-FeO_x/γ-Al₂O₃催化剂表面Pt物种具有较好的价态分布以及更多的界面活性位,如Pt-O-Fe物种,因而在温和条件下对甲醛的催化氧化活性较高。     

CeO_2与WO_3协同作用对CeO_2-WO_3催化剂脱硝性能影响的研究

采用原位自组装法分别制备纯CeO_2、WO_3和CeO_2-WO_3(CW)催化剂,并研究其NH_3选择性催化还原NO_x的催化活性。结果表明,WO_3的加入使得CW催化剂以微孔为主且具有最大的孔容和较大的比表面积,提高了其催化性能。WO_3的加入增强了Ce和W之间的相互作用,显著地提升了Ce~(3+)和O_α的含量。CW催化剂具有最多的酸性位点。因此,CW催化剂催化活性最好,在250-400℃温度下NO_x转化率为100%。     

Li改性MnO_2及LiMn_2O_4催化NH_3-SCR反应性能研究

采用高温固相反应法、Pechini合成方法和柠檬酸配位法,制备了系列锂锰复合氧化物LiMn2O4催化剂,应用于NH3-SCR反应,并与固相反应法合成的MnO2进行了比较。采用N2吸附-脱附、扫描电镜、X射线衍射、H2程序升温还原、NH3程序升温脱附、NO程序升温脱附和X射线光电子能谱对LiMn2O4催化剂进行表征。结果表明,引入Li有利于提高锰基催化剂的SCR活性和抗硫性。Pechini法制备LiMn2O4的NO转化率可在130~260℃达到90%以上;固相反应法制备LiMn2O4的NO转化率大于90%的温度为90~310℃;MnO2的温度窗口则仅为140~280℃。与MnO2相比,引入Li可形成LiMn2O4结构,因此,催化剂中更多的锰离子保持在相对较低的价态Mn3+,并调整表面活性氧含量;同时,Li的存在调变了LiMn2O4表面的酸位,从而减少高温下MnO2表面容易发生的NH3非选择性氧化,改善其催化NH3-SCR反应的温度窗口,也增强了抗硫性。     

MnSAPO-34分子筛的制备、表征及其NH3-SCR活性

采用水热合成方法制备含锰的SAPO-34分子筛(MnSAPO-34)催化剂,考察了锰投加量、焙烧温度及晶化时间对催化剂氨选择性催化还原(SCR)氮氧化物反应活性的影响,并通过X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(TPR)、程序升温脱附(TPD)等多种分析手段对催化剂进行表征.活性测试结果表明,当MnO与P₂O₅的摩尔比n_(MnO)/n_(P2O5)= 0.1,采用6 h晶化时间, 550 ℃焙烧制备的MnSAPO-34分子筛具有最佳SCR活性, NO_x转化率接近100%, N₂选择性高于80%.分析结果表明, Mn的引入对分子筛的晶体及多孔结构有较大影响,过多的引入会降低结晶度及产生非骨架锰氧化物,同时还会降低分子筛的比表面积和孔容,但焙烧温度的降低以及晶化时间的缩短可以提高分子筛的比表面积和孔容.高温焙烧后分子筛表面出现了高氧化态锰物种,以Mn⁴⁺为主,而提高Mn³⁺的比例则有利于提高催化活性.在适当的合成条件下, Mn的引入可增强分子筛对NO和NH₃分子的吸附,而强吸附态NO及强吸附态NH₃的相互作用可能是催化活性快速提高的原因.     

低温NH_3-SCR催化剂MnO_x-CeO_x/ACF的SO_2中毒机理(英文)

在二氧化硫(SO2)气氛下,对Fe、Cu和V改性的催化剂MnOx-CeOx/ACF(活性碳纤维)的氨选择性催化还原(NH3-SCR)一氧化氮的低温活性进行研究.实验结果表明:以Cu和V改性催化剂未提高MnOx-CeOx/ACF的低温抗SO2性能;Fe改性MnOx-CeOx/ACF在初始6h内提高了催化剂的抗SO2性能,但较长时间仍然失活.以N2吸附、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱以及热重分析(TGA)等手段对中毒催化剂进行分析.在SO2存在下,催化剂中毒归因于两个方面:一是覆盖于催化剂表面的铵盐类物质,二是SO2与催化剂中的金属氧化物反应生成的金属硫酸盐及亚硫酸盐.在中毒催化剂中硫元素主要以金属硫酸盐及亚硫酸盐的形式存在,其在中毒的MnOx-CeOx/ACF、Fe-MnOx-CeOx/ACF、Cu-MnOx-CeOx/ACF和V-MnOx-CeOx/ACF催化剂中所占比例分别为70.4%、68.9%、86.3%和71.4%(w).进一步揭示了MnOx-CeOx/ACF催化剂在低温SCR条件下的SO2中毒机理.