铁铈复合氧化物催化剂SCR脱硝的改性研究

利用共沉淀法制备了铁铈催化剂,考察添加钛、锆、钨和钼对其SCR脱硝的改性规律。结果表明,钨和钼的添加提高了铁铈催化剂高温脱硝性能,却使其低温活性有所降低;钛的添加对铁铈催化剂脱硝性能具有促进作用,尤其提高了其低温活性,并拓宽了其完全转化温度窗口,为最佳改性物。当钛的物质的量比逐渐由0.10增至0.40,铁铈钛催化剂低温脱硝效率先增大后减小,但其高温脱硝效率逐渐增大至100%,钛的最佳物质的量比为0.15。XRD和N₂吸附分析结果表明,钛能优化铁铈催化剂的孔隙结构,增大其比表面积和比孔容,细化其孔径,并与催化剂中铁、铈氧化物形成良好的固溶体,从而提高了铁铈催化剂的SCR脱硝性能。Fe_0.8Ce_0.05Ti_0.15O_z催化剂在150～400℃取得了高于90%的NO_x转化率。     

铁铈氧化物SCR脱硝催化剂的制备及性能

采用浸渍法制备了CeO₂-Fe₂O₃/TiO₂催化剂,研究了CeO₂负载量对其选择催化还原NO性能的影响,并将其中效果最好的催化剂按照同样组分配比采用溶胶凝胶法制备进行比较。采用BET、XRD、SEM和XPS等手段对催化剂进行表征。实验结果表明,采用浸渍法制备的负载10%CeO₂、3%Fe₂O₃的催化剂脱硝效率最优,最高可达96.65%。采用溶胶凝胶法制备催化剂效率更优,最高为99.36%。结果表明,浸渍法和溶胶凝胶法制备的10%-3%CeO₂-Fe₂O₃/TiO₂催化剂均具有较大的比表面积、活性成分分散度好、储氧能力强等优点。     

铁掺杂铈基复合氧化物CO催化还原NO的性能研究

采用浸渍法、水热法和微波加热法制备铁掺杂的铈基复合氧化物催化剂,研究温度、铈铁摩尔比、制备方法对铈基复合氧化物的催化还原性能的影响,并且使用BET, NO-TPD, H₂-TPR, XRD, Raman等对催化剂进行表征分析。结果表明：随着温度的升高,NO转化率是一个先不断增加后趋于稳定的过程;无论是浸渍法、水热法还是微波加热法,最佳铈铁摩尔比均为10∶2; 3种制备方法的催化活性顺序：微波加热法>水热法>浸渍法。微波加热法制备的铈基复合氧化物催化剂在500℃的脱硝率为76%,脱硝率在700℃达到99%。通过XRD和Raman表征说明Fe³⁺取代Ce⁹⁴⁺进入到CeO₂晶格中,改变CeO₂的萤石结构,增加氧空位,造成晶格畸变。     

酸性金属氧化物对锰铈氧化物催化剂脱硝温度窗口的调控作用

利用溶胶-凝胶法,采用三种酸性金属氧化物（氧化铌、氧化钨和氧化钼）对锰铈复合氧化物催化剂进行了改性. 测试了催化剂的氮氧化物选择性催化还原（SCR）活性,以筛选对应不同温度窗口的合适酸性氧化物改性剂. 同时评价了催化剂的NO氧化和NH₃氧化活性. 利用X射线衍射、BET比表面积测试、H₂程序升温还原、NH₃/NO_x程序升温脱附和NH₃/NO_x吸附红外光谱等手段对催化剂进行了表征. MnO_x-CeO₂催化剂表现出良好的低温（100-150 ℃）活性. 酸性金属氧化物的添加削弱了催化剂的氧化还原特性,从而抑制了NH₃的活化和NO₂辅助的快速SCR反应. 与此同时,相对高温（250-350 ℃）区NH₃的氧化也受到了抑制,B酸和L酸上的NH₃吸附得以增强. 因此,催化剂的SCR脱硝温度窗口向高温移动,改性效果Nb₂O₅ < WO₃ < MoO₃.     

铜基铈钴镧复合氧化物催化剂制备及其选择催化还原NO

采用改进的共沉淀法制备铈钴镧复合氧化物(Ce-Co-La-O)载体,等体积浸渍负载活性组分Cu,制得铜基铈钴镧复合氧化物(Cu/Ce-Co-La-O)催化剂。考察该催化剂在富氧条件下对C₃H₆选择性还原NO反应(C₃H₆-SCR)的催化性能,并且利用BET、XRD、H₂-TPR、Py-IR、TG和SEM等方法,研究催化剂结构与性能的关系。实验结果表明,Co能显著增加B(Brφnsted)酸的酸量并有效提高还原能力;La能进一步增加B酸的酸量并明显提高热稳定性;Ce-Co-La-O能够形成固溶体结构,发生良好的相互协同作用。因此,Cu/Ce-Co-La-O催化剂具有良好的低温催化活性和热稳定性,最佳催化活性温度为250 ℃,NO转化率高达81.6%,600 ℃时NO转化率仍可达52.5%。     

铈铁复合氧化物阴离子吸附剂的表面酸碱特性研究

研究了用于水体砷等有害阴离子去除的稀土铈铁复合氧化物吸附剂的表面酸碱特性。利用电位滴定实验求定了铈铁复合氧化物吸附剂、铁氧化物和铈氧化物的表面质子电荷密度s0、零电荷点pHzpc (分别为5.8,6.2和6.8),表明特性吸附在砷等的去除中起主要的作用,铈铁复合氧化物吸附剂的表面总吸附位NS为4.1×10-3mol/L,运用表面络合恒定容量模式求算此复合氧化物吸附剂的表面固有酸度常数pKa1和pKa2,为进一步研究有害阴离子与去除材料的表面络合作用机制提供了重要参数。     

铁铈氧化物程序升温还原过程的研究

运用原位穆斯堡尔谱、XRD测定等方法剖析了铁铈氧化物的程序升温还原过程。结果表明，金属离子间的相互作用使得氧化铁的还原温度升高，还原反应活化能提高，抗还原能力增强。     

SCR脱硝催化剂失活及其原因研究

以运行后的蜂窝型SCR（Selective catalytic reduction）催化剂和新鲜催化剂为研究对象。应用红外光谱、氮气吸脱附、X射线衍射、电镜扫描等手段对新鲜催化剂及运行后催化剂进行表征。结果表明,运行后催化剂表面官能团发生了变化,比表面积严重降低,载体（TiO₂）产生了型变,并且催化剂表面微粒出现了团聚现象。对运行后催化剂活性降低的原因进行了研究,结果表明,脱硝催化剂在运行过程中遭遇了突发性高温(如t> 650℃),导致活性出现劣化。此外,催化剂表面沉积物中水溶性离子及砷、磷等物质也对催化活性产生了影响。     

钼铈氧化物体系的程度升温的与还原动力学

运用Ｘ射线衍射、红外光谱、热重分析和比表面积测定等方法剖析了钼、铈氧化物的程序升温还原过程。结果表明，金属离子间的相互作用使得氧化物还原反应的活化能降低，有利于其催化性能的提高。     

选择性氧化还原脱硝催化剂

氮氧化物（NO_x）是烟气中的主要污染性气体之一,脱除NO_x已经刻不容缓。本文综述了近年来烟气中NO_x的脱除方法,分析了以钒基催化剂、铁基催化剂、分子筛催化剂为代表的高温脱硝催化剂,讨论了以贵金属催化剂、锰基催化剂、碳基催化剂为代表的低温脱硝催化剂, 阐述了不同温度下选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂的反应机理,展望了脱硝领域的发展前景。     

Mn/Ce-ZrO2催化剂低温NH3-SCR脱硝性能研究

采用浸渍法制备了三种具有不同载体的锰基NH₃低温选择性催化还原(NH₃-SCR)催化剂Mn/Ce-ZrO₂、Mn/P₂₅和Mn/Al₂O₃。研究了三种催化剂低温SCR脱硝活性及抗H₂O、抗SO₂性能,并采用XRD、NH₃-TPD和H₂-TPR手段对催化剂的物理化学性质进行表征。结果表明,在无H₂O和SO₂存在的情况下,三种催化剂的低温SCR催化活性均比较高。相对来说,Mn/Ce-ZrO₂在低温段(100~160℃)活性更高,Mn/P₂₅在高温段(160~220℃)活性更高,这与两种催化剂的氧化还原性质有关。H₂-TPR表征表明,Mn/Ce-ZrO₂更容易发生氧化还原反应,而Mn/P₂₅还原峰对应的温度较高、面积较大。三种催化剂均有很高的低温抗水性能。另外,Mn/Ce-ZrO₂的抗H₂O、抗SO₂性能最好,而Mn/P₂₅的抗H₂O、抗SO₂性能最差。Mn/Ce-ZrO₂具有较好的抗H₂O、抗SO₂性能是由于其具有较多的表面酸位点,且表面生成的硫铵盐不稳定。     

SO2存在条件下M/REY催化剂NH3选择性还原NO性能研究

采用浸渍法制备了以REY为载体负载金属氧化物催化剂。采用XRD、NH₃-TPD、NO-TPD、H₂-TPR和XPS对催化剂进行表征,并在固定床微型反应器上评价SO₂存在条件下催化剂在NH₃选择还原NO反应中的活性。实验结果表明,活性组分种类及负载量均影响催化剂性能,Cu(3)/REY催化剂在NH₃选择还原NO反应中表现出较好的低温活性,在SO₂存在条件下,254~390℃时NO的转化率大于95%。催化剂表征结果显示,Cu(3)/REY催化剂的催化活性与其良好的氧化还原性和对NO的吸脱附性能相关。     

非晶态CeO_2@TiO_2催化剂的结构、性质及其选择催化还原脱硝性能

采用自发沉积法制备了非晶态Ce O_2@Ti O_2催化剂,通过XRD、Raman光谱、TEM、N_2吸附、H_2-TPR、NH_3-TPD及FTIR等手段表征了催化剂结构和表面性质,研究了Ce O_2@Ti O_2在选择催化还原脱NO反应中的催化性能。结果表明,非晶态Ce O_2@Ti O_2催化剂中Ce与Ti间存在很强的相互作用,能够在原子水平上相互结合,表现出与晶态结构截然不同的还原特性,具备更强的氧化还原能力。同时,与浸渍法制备的Ce O_2/Ti O_2相比,Ce O_2@Ti O_2还具有更大的比表面积和更强的表面酸性,因而具有更加优异的脱硝性能。在175℃下NO转化率即达到80%以上,在200-400℃脱硝率稳定在96.0%-99.4%;同时,H_2O和SO_2的阶跃应答实验表明,Ce O_2@Ti O_2具有很强的抗水和抗SO_2毒化能力。     

MnO2-CeO2/Ti0.25Zr0.25Al0.5O1.75整体式催化剂的低温NH3选择性催化还原NO性能研究

采用共沉淀法制备了TiO2、Ti0.5Zr0.5O2(TZ)和Ti0.25Zr0.25Al0.5O1.75载体材料,并以MnO2和CeO2为活性组分,以T、TZ和TZA为载体,制备了3种整体式催化剂.对催化剂进行了低温N2吸附脱附、储氧量(OSC)、NH3-TPD和XPS的表征,并研究了3种催化剂在过量O2存在下的低温NH3-选择催化还原(NH3-SCR)活性及其抗H2O和SO2性能.结果指出,MnO2-CeO2/Ti0.25Zr0.25Al0.5O1.75(TZAC)有最大的比表面积、孔容和储氧能力、最强的表面酸性和最大的表面酸量.而这对选择催化还原(SCR)反应至关重要.活性测试结果指出,TZAC有最好的低温SCR活性和最宽的活性温度窗口.NO在102℃起燃(转化率为50%),在175～325℃之间NO转化率接近100%,而且TZAC表现出了较强的抗H2O和SO2性能.     

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。     

MnαTi1-α催化剂NH3选择性催化还原NO的中低温活性及机理研究

采用浸渍法制备了不同MnO_x负载量的SCR催化剂,检测其在中低温下的脱硝活性和抗SO_2中毒性能,并分析影响Mn_αTi_(1-α)催化剂中低温活性的机理。采用BET、XRD、XPS、NH_3-TPD和H_2-TPR对催化剂表征。研究表明,随着MnO_x负载量的增加,Mn_αTi_(1-α)催化剂最高脱硝活性温度区间向低温区移动,Mn_(0.1)Ti_(0.9)催化剂在200-385℃脱硝效率达80%以上。SO_2会造成Mn_αTi_(1-α)催化剂脱硝活性显著下降,且不可逆。当MnO_x负载量增加时,催化剂比表面积先增大后略微减小、H_2-TPR中Mn~(4+)峰面积增大、表面化学吸附氧增加,有利于NH_3-SCR反应在低温下的进行。Mn_αTi_(1-α)催化剂的酸性位点随MnO_x含量增加而增多,H_2还原峰出现温度较低,表明Mn_αTi_(1-α)催化剂具有良好的中低温氧化还原性。     

碳化硅负载氧化铜催化剂低温NH3选择性催化还原NOx的性能

采用湿浸渍法制备了碳化硅负载的氧化铜(CuO/SiC)催化剂,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等对其进行了表征,在模拟烟气条件下研究了该催化剂对低温NH_3选择性催化还原NO_x的性能。结果表明,CuO/SiC还原NO的催化活性与氧化铜含量和反应温度有关。负载质量分数为5%的CuO/SiC催化剂在低温下表现出较高的活性,虽然SO_2对其催化活性略有抑制;研究发现,NO还原反应发生在被吸附的氨与气相的NO或弱吸附的NO之间。所制备的CuO/SiC催化剂为实际的工业应用提供了新的选择。     

非晶Ce-Ti氧化物用于NH3选择性催化还原NO的原位红外研究

采用原位红外光谱研究了在具有短程有序Ce-O-Ti结构的非晶Ce-Ti氧化物上NH₃选择性催化还原（SCR） NO_x反应. 在反应条件下,催化剂表面主要被NH₃吸附物种覆盖,而检测不到NO_x吸附物种. 经测定,NO的反应级数为0.5-0.6,表明Langmuir-Hinshelwood机理和Eley-Rideal机理同时存在. 可能的机理是NH₃吸附物种和弱吸附的NO_x反应,生成NH_yNO₃ （y = 0-4）活性中间物种,并通过GAUSSIAN计算和原位红外结果证实了它们的存在. Ce-O-Ti结构中Ce与Ti之间表现出原子尺度的相互作用,所以在SCR反应的活性温度窗口下,催化剂的氧化还原活性提高.     

Catalytic investigation of Fe-ZSM5 in the selective catalytic reduction of NOxwith NH3

Summary Fe-ZSM5 coated on a cordierite monolith was characterized and tested in the selective reduction of nitrogen oxides (NO_x) with ammonia. More than 70 % of the NO_xwere converted at T>350 °C if only NO was present in the feed. For equimolar amounts of NO and NO₂in the feed, NO_xconversions of over 90 % were reached for T = 200-450 °C. Hydrothermal ageing of Fe-ZSM5 resulted in a small loss in NO_xconversion and enhanced N₂O formation.