Fe-Mn/Al2O3催化剂低温 NH3选择性催化还原 NO的性能

本文制备了一系列 Fe-Mn/Al2O3催化剂,并在固定床上考察了其 NH3低温选择性催化还原 NO的性能.首先考察了不同 Fe负载量制备的催化剂的脱硝性能,优选出最佳的 Fe负载量;在此基础上,研究了 Mn负载量对催化剂脱硝效率的影响;最后,对优选催化剂的抗 H2O和抗 SO2性能进行了实验研究;同时,对催化剂由于 SO2所造成的失活机制进行了考察.采用 N2吸附-脱附、X射线衍射、透射电镜、能量弥散 X射线谱、程序升温还原、程序升温脱附、X射线光电子能谱、热重和傅里叶变换红外光谱等方法对催化剂进行了表征.结果表明,最佳的 Fe和 Mn负载量均为8%,所制的8Fe-8Mn/Al2O3催化剂在150°C的脱硝效率可达近99%;同时,在整个低温测试区间(90–210°C)的脱硝效率均超过了92.6%. Fe在催化剂表面主要以 Fe3+形态存在,而 Mn主要包括 Mn4+和 Mn3+; Mn的添加提高了 Fe在催化剂表面的积累,促进了催化剂比表面积增大和活性物种分散,改善了催化剂氧化还原性能和对 NH3的吸附能力.催化剂的高活性主要是由于其具有较大的比表面积、高度分散的活性物种、增加的还原特性和表面酸性、较低的结合能、较高的 Mn4+/Mn3+和增强的表面吸附氧.此外,8Fe-8Mn/Al2O3的催化性能受 H2O和 SO2影响较小,抗 H2O和 SO2能力较强.同时,反应温度对催化剂的抗硫性有重要影响,在较低的反应温度下,催化剂抗硫性更好; SO2造成催化剂活性降低主要是由于催化剂表面硫酸盐物种的生成.一方面,表面硫酸铵盐的生成造成催化剂孔道堵塞和比表面积降低,减少了反应中的气固接触从而导致活性降低;另一方面,催化剂表面的活性物种被硫酸化,造成反应中的有效活性位减少,从而降低了催化剂活性.     

Oxidation of NO over cobalt oxide supported on esoporous silica

Cobalt oxide catalysts supported on mesoporous silica (Co3O4/MPS) were prepared, characterized and applied for catalytic oxidation of NO. Effects of catalyst supports, calcination temperatures, H2O and SO2 on NO conversion were investigated. The samples were also characterized by BET, XRD, FTIR and TG/DTG. The results suggested that Co3O4/MPS catalyst calcined at 573 K had the smallest crystal particles and the best surface dispersion. This catalyst had the highest activity and yielded 82% NO conversion at 573 K, at a space velocity of 12000 h−1. Although the conversion of NO decreased with the introduction of H2O, it could be restored completely after removing residual H2O from Co3O4/MPS catalyst by heating at 573 K. In the presence of SO2, the oxidation activity decreased and CoSO4 was detected on the catalyst. The NO conversion decreased to 30.2% in the presence of SO2 and H2O. It could not be restored completely after cutting off H2O and SO2. The deactivation of the catalyst in the presence of SO2 and H2O was attributed to the formation of cobalt sulfate species.     

H2O和SO2对Ce(1)Mn(3)Ti催化剂催化氧化NO性能的影响

为了提高MNO_x/TiO₂催化剂催化氧化NO的活性,在载体TiO₂上负载醋酸锰的同时掺杂了一定量的硝酸铈,构成了Ce(1)Mn(3)Ti催化剂,并对催化剂进行XRD、BET和XPS等表征。重点考察了H₂O和SO₂对催化剂活性的影响,通过FT-IR、SEM和BET等表征手段对毒化前后的催化剂组成及结构进行了分析。结果表明,Ce(1)Mn(3)Ti催化剂具有较好的活性,在空速41 000 h^-1、NO体积分数为300×10^-6及O₂含量10%的条件下,反应温度200℃时NO转化率可达58%,250℃时NO转化率达到最高值85%。单独加入4%H₂O使得催化剂活性降低,升高反应温度,H₂O对催化剂的影响减弱;同时通入4%H₂O和100×10^-6SO₂,在反应温度250℃时,NO转化率下降并维持在48%左右,停止通入后恢复到61%。H₂O和SO₂使催化剂活性物种硫酸盐化失活。     

V2O5-CeO2/TiO2催化剂上低温氨选择性催化还原NO的性能

考察了V2O5-CeO2/TiO2催化剂中V、Ce活性组分的担载量和焙烧温度对催化剂低温催化还原NO活性的影响及其在单独SO2、H2O和两者共存气氛下的抗毒化性能。结果表明,焙烧温度400℃下制备的5V30Ce/TiO2催化剂具有良好的低温催化还原NO活性,空速为10000h-1,165℃时NO转化率达99.2%;500℃以下低焙烧温度时,添加的Ce不与V相互作用,在催化剂表面主要以CeO2形式存在,有利于增大催化剂比表面积,增强V2O5在催化剂上的分散度,提高催化活性。而在500℃以上较高焙烧温度下,Ce与V会形成CeVO4,对活性提高不利。催化剂具有良好的低温抗水中毒性能,但受SO2毒化作用明显,其在SO2、H2O共存气氛下中毒程度较单独SO2下浅。     

焙烧温度对CuO/γ-Al2O3和CeO2-CuO/γ-Al2O3催化剂NO还原活性的影响

用浸渍法制备了CuO/γ-Al2O3催化剂和CeO2改性的CeO2-CuO/γ-Al2O3催化剂,考察了焙烧温度对CuO/γ-Al2O3和CeO2-CuO/γ-Al2O3催化剂C3H6还原NO反应活性的影响,以及CeO2的添加量对CeO2-CuO/γ-Al2O3催化剂C3H6还原NO反应活性的影响。结果表明,在200 ℃～500 ℃的焙烧温度范围内,焙烧温度对CuO/γ-Al2O3催化剂的活性影响很小；在500 ℃～800 ℃的焙烧温度范围内,随着焙烧温度的升高CuO/γ-Al2O3催化剂的活性急剧下降,由XRD物相测定结果可知,归因于对反应表现惰性的尖晶石CuAl2O4相的生成。当焙烧温度为500 ℃时,CeO2的添加对CuO/γ-Al2O3催化剂的活性影响很小；当焙烧温度为800 ℃时,CeO2的添加对CuO/γ-Al2O3催化剂有明显的助催化作用,当Ce和Cu的摩尔比为1∶10时,NO转化率较为理想。     

新型CeO2/HBEA催化剂上NH3低温还原NO活性及抗毒性能研究

采用等体积浸渍法制备了CeO2/HBEA催化剂,用于NH3选择性催化还原NO.考察了CeO2负载量、焙烧温度、氧浓度、空速、以及SO2和水蒸气等因素对催化剂活性的影响,并运用BET、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、傅里叶红外(FTIR)等手段对该催化剂进行表征,研究了催化剂的晶相、微观形貌与抗毒机制.结果显示:CeO2/HBEA催化剂具有良好的脱硝活性,高活性温度窗口在220～400℃,当反应温度为220℃、空速为12 000 h-1时,NO的转化率达96.49%.H2O的存在对催化剂的脱硝活性无明显影响.SO2一定程度抑制该催化剂的低温脱硝活性,但随着温度的升高,其脱硝活性得到一定恢复.所制备的CeO2/HBEA催化剂有良好的低温活性,能适应较高的空速,且具有较强的抗硫性和抗水中毒性能,有一定的应用前景.     

V2O5-Sb2O3-TiO2催化剂 低温NH3还原NO及其抗H2O和SO2毒化性能

浸渍法制备了催化剂V₂O₅-Sb₂O₃-TiO₂,考察了V₂O₅、Sb₂O₃负载量、pH值和焙烧温度对催化剂V₂O₅- Sb₂O₃-TiO₂低温氨选择性催化还原(SCR)NO活性的影响;同时,考察了催化剂V₂O₅-Sb₂O₃-TiO₂抗H₂O和SO₂毒化性能。结果表明,V₂O₅和Sb₂O₃负载量分别为5%和2%、焙烧温度为400℃、pH值为4时,催化剂SCR活性最好,反应温度220℃时,可达97%。Sb₂O₃的加入不仅能增强V₂O₅/TiO₂的催化活性,而且能明显提高催化剂的抗H₂O和SO₂毒化性能。SO₂、NO吸附暂态反应和TG-DTG测试表明,Sb₂O₃的促进机制主要是促进了催化剂在SO₂存在条件下对NO的吸附,同时,减弱了硫酸铵盐与催化剂之间的相互作用,硫酸铵盐更容易分解。     

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。     

Catalysis of SO42--ZrO2/TiO2 nanometer solid superacid

Superacid catalyst SO42--ZrO2/TiO2 was applied in esterification of Acetic Acid and Butanol. The particle size of ZrO2 in the catalyst was about 12.5 nm. In catalyst preparation conditions, the effect factor order on catalytic activity is H2SO4 concentration ＞ calcination temperature ＞ ZrO2 supported content. The optimum preparation condition is as follows: ZrO2 content 3.5g/g; calcination temperature 600℃, and H2SO4 concentration 0.5mol/L. The catalytic activity is 96.5 vol%.SO42-/MxOy solid superacid is a kind of green catalyst, whose application perspective is bright. In this paper, SO42--ZrO2/TiO2 solid superacid was prepared with nanometer compound carrying method. The acidic strength of catalysts was measured with the following Hammett indicators, 2,4-dinitrofluorobenzene (H0=-14.52) and p-nitrochlorobenzene (H0=-12.70). Catalytic activity was evaluated with esterification reaction of Acetic Acid and Butanol. Reaction temperature was at 105℃, and reaction time was only 1h. The conversion rate of Acetic Acid was analyzed by a gas chromatograph (GC-14C SHIMADZU in Japan)The experimental results showed that H2SO4 concentration had more influences on catalytic activity than other two factors, calcination temperature and ZrO2 supported content. Since sulfur absorbed on the surface of metal oxides is necessary to the acidity of SO42-/MxOy solid superacid,H2SO4 concentration in impregnation solution is needed enough high. But, it can't be too much high,otherwise, Zirconium sulfate formed on the catalyst surface will be harmful influences on catalytic activity. In researched cover, 0.5mol/L H2SO4 concentration is the most suitable, and the catalyst prepared with this concentration has very strong acidity.The optimum preparation condition is as follows: ZrO2 content 3.5g/g; calcination temperature 600℃, and H2SO4 concentration 0.5mol/L. In the catalyst prepared with above conditions, the acidic strength (H0) of the catalyst is smaller than ＜-14.52, and catalytic activity is 96.5 vol%. When it was re-used in esterification reaction, catalytic activity decreased gradually with re-used times increasing(seen in Table 1). But after catalyst is used repeatedly up to five times, catalytic activity (84.3 vol %)is still higher than that of H2SO4 catalyst.The X-ray diffraction patterns showed that ZrO2 supported in TiO2 belonged tetragonal zirconia phases. Through the calculation of Scherrer formula, the particle size of ZrO2 in the catalyst is about 12.5 nm. After SO42- promoted nanometer ZrO2/TiO2 compound carrier, the diffraction peaks of tetragonal zircoma become broader and the strength weaker. It shows that adding SO4 ions restrains the crystallization of ZrO2, diminishes the size of particles. This might be why SO42--ZrO2/TiO2 has high catalytic activity and stability in acidic catalysis reaction.     

新型铁锰复合氧化物催化低温脱除NOx

采用溶胶-凝胶法合成了一系列铁锰复合氧化物催化剂, 利用X射线衍射(XRD)对催化剂的活性相态进行研究, 并考察了铁锰摩尔比及焙烧温度对催化性能的影响. 结果表明, 该催化剂体系在低温(80-220 ℃)下选择性催化氨还原NOx反应中显示出优异的活性. 其中Fe(0.4)-MnOx(500)(即摩尔比n(Fe)/(n(Fe)+n(Mn))=0.4, 焙烧温度500 ℃)催化剂具有最佳低温催化活性, 在空速30000 h-1, 温度80 ℃的条件下, NOx转化效率达到90.6%, N2选择性达100%. Fe-MnOx复合氧化物催化剂中形成的Fe3Mn3O8晶相有利于促进NO氧化成NO2, 从而提高低温选择性催化还原的活性.     

同时脱除烟气中硫和硝的V2O5/AC催化剂研究

通过在固定床微反应器上对同时脱硫脱硝催化剂的研究,发现将V2O5担载在活性焦(AC)上制得的V2O5/AC催化剂可在200 ℃同时脱除烟气中的SO2和NO,其活性明显高于纯AC。V2O5/AC催化剂的脱硫脱硝活性与催化剂中钒的质量分数有关,随着V2O5质量分数从0.5%增至9%,硫容从3%增加到12%,脱硝率在V2O5质量分数为0.5%到3%时脱硝率稳定在60%左右,继续增加V2O5质量分数,脱硝率降低。程序升温脱附 (TPD) 和红外光谱 (FTIR) 表征结果显示在脱硫脱硝过程中,催化剂表面有H2SO4, 铵盐和VOSO4生成, VOSO4的质量分数随催化剂中V2O5质量分数的提高而升高。使用后的催化剂可通过5%NH3在300 ℃再生,再生后催化剂的脱硝活性明显增加,NO转化率从新鲜样的67%提高到接近100%,对SO2的吸附也比新鲜样有所增加。     

Sm掺杂对Fe2O3催化剂NH3-SCR反应活性及抗水抗硫性作用

氮氧化物(NO_x)是主要的环境污染物之一,会造成酸雨、光化学烟雾和温室效应等环境问题.氨选择性催化还原(NH₃-SCR)技术是目前控制NO_x排放的最有效技术.其中,Fe₂O₃催化剂因其良好的抗硫性和低廉的成本而受到广泛关注,有望用作NO_x消除催化剂,但是它的低温还原性差、脱硝效率低等缺点限制了其应用.近期研究表明,钐掺杂金属氧化物可以调节其表面酸碱性及氧化还原性,可有效提高氧化物催化剂的脱硝效率和抗水抗硫性能.因此,将铁、钐二者优势结合,为合成一种低温、高效、环境友好型脱硝催化剂提供了可能.本文通过柠檬酸辅助的溶胶凝胶法合成了一系列钐均匀掺杂入Fe₂O₃纳米颗粒的复合氧化物脱硝催化剂,采用X射线光电子能谱(XPS),氢气程序升温还原(H2-TPR),氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)以及原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)等方法研究了钐的掺杂对铁基催化剂脱硝效率和抗水抗硫性的影响,旨在揭示催化剂表面物理化学性质和催化活性之间的关系.通过活性测试发现,钐的掺杂可以使Fe_0.94Sm_0.06O_x催化剂在175?325℃时实现>95%的脱硝效率和>93%的N2选择性.动力学测试研究表明,当基于催化剂的比表面积计算时,Fe_0.94Sm_0.06O_x催化剂的脱硝效率是纯Fe₂O₃催化剂的11倍;基于质量计算时则为37倍.此外,250℃时抗水抗硫测试结果显示,Fe_0.94Sm_0.06O_x催化剂可以在通入200×10^-6SO₂+5 vol%H₂O,空速为90000 h^-1时脱硝效率保持83%达168小时,并且在切断H₂O和SO₂后,该催化剂的脱硝效率可以很快完全恢复.XPS和H2-TPR结果表明,钐的掺杂使Fe_0.94Sm_0.06O_x催化剂的表面产生了大量的表面吸附氧,从而促进了NO的氧化以及快速NH₃-SCR反应的进行.NH₃-TPD与原位DRIFTS结果表明,钐的掺杂增强了催化剂的表面酸性,有效地提高了NH₃的吸附和活化能力,进而提高了催化剂的脱硝效率.另外,钐的掺杂还可以促使NH₄HSO₄在Fe_0.94Sm_0.06O_x催化剂表面较低温度下的分解,从而使催化剂具有很好的抗水抗硫性能.     

Effect of dispersion and distribution of tungsten on W/HZSM-5 for selective catalytic reduction of NO by acetylene

Catalytic performance of W/HZSM-5 in selective catalytic reduction of NO by acetylene was investigated in a reaction system with 1600 ppm of NO, 800 ppm of C2H2, and 9.95% of O2 in He. It was found that promotional effect of tungsten on the reaction is strongly affected by catalyst preparation conditions and Si/Al ratio of the parent zeolite. A better dispersion of tungsten on HZSM-5 and relatively more monomeric tungsten species were found on 8%W/HZSM-5 prepared by impregnation of the zeolite with lower SiO2/A1203 ratio （25） in ammonic ammonium tungstate solution and calcination of the resulting material at higher temperature （550 ℃）. The highest NO conversion to N2 of 86.3% in the reaction system was obtained at 350 ℃ over the catalyst thus prepared. The mechanism of monomeric tungsten species improving the C2H2-SCR can be attributed to accelerating the formation of active nitrate species.     

纳米-微米铁修饰的维氏体氨合成催化剂

我们以商业预还原的维氏体(Fe1-xO)氨合成催化剂为载体,采用Fe(NO)3 ·9H2O和H2C2O4·2H2O进行原位室温固相反应制备纳米铁或微米铁修饰的铁基氨合成催化剂,并通过XRD、SEM、TG-DTG、H2-TPR等进行了表征.结果表明:Fe(NO)3·9H2O和H2C2O4·2H2O室温固相反应完全生成产物Fe2(C2O4)3·5H2O,且产物分散于载体维氏体催化剂表面.通过纳米铁-微米铁的修饰,催化剂的氨合成活性有很大提高且稳定性好.催化剂活性随着Fe负载量的增加先增加后降低,负载量5％时催化活性最好,反应器出口氨浓由450℃(12.4％)、425℃(11.0％)、400℃(9.4％)分别提升至450℃(15.6％)、425℃(14.8％)、400℃(13％).通过一步简单的修饰,维氏体催化剂的氨合成活性提高约25％ ～38％.由于焙烧和还原,生成的Fe1xO或铁粒子与铁催化剂表面发生强相互作用,因此,反应过程中纳米铁或微米铁粒子能稳定存在,催化剂有较高的稳定性.     

蜂窝状堇青石基CuO/Al2O3催化剂用于烟气同时脱硫脱硝的研究

考察了制备参数及反应条件对蜂窝状堇青石基CuO/Al2O3催化剂同时脱硫脱硝活性的影响。结果表明，添加碱金属可以提高脱硫活性, 但由于促进NH3氧化而降低了脱硝活性。为了获得理想的同时脱硫脱硝活性，催化剂的适宜载铜量为6.0％，载钠量为2.0％。随着反应温度从350 ℃升高到450 ℃，该催化剂的脱硫活性逐渐升高，再生后脱硫活性都有所下降，但仍具有活性随温度升高而升高的趋势，说明脱硫过程为反应控制型；但由于温度升高，NH3氧化加剧，脱硝活性逐渐降低，所以适宜操作温度为400 ℃。在1 450 h－1～3600 h－1范围内， 空速对脱硝活性影响不大， 对脱硫活性影响较大。 对于再生催化剂，当空速由3 600 h－1降低到2 300 h－1时，硫容（SO2转化率达80％时单位质量催化剂所吸附的SO2量）不断增加，继续降低空速时硫容基本保持不变，所以适宜操作空速为2 300 h－1以下。     

Ni/ZrO2催化剂上甲烷水蒸气重整反应的研究

研究了Ni/ZrO2催化剂对甲烷水蒸气重整制合成气的反应性能。考察了催化剂的还原温度、载体焙烧温度以及反应温度、原料配比和空速等对催化剂性能的影响。利用XRD、TEM、XPS等手段对催化剂的织构形貌进行了表征。研究表明，Ni/ZrO2催化剂用于甲烷水蒸气重整制合成气不仅具有较高的活性，也具有较好的稳定性。水蒸气比增加，CH4转化率增大、CO选择性下降。CH4转化率及CO选择性均随空速增大而下降。使用10%Ni/ZrO2催化剂，在650 ℃、空速1.984×104 h－1、原料气配比H2O∶CH4∶N2=2∶1∶2.67的条件下，获得CH4转化率85%、CO选择性70%的结果。     

Mn-V-Ce/TiO_2低温催化还原NO性能研究

采用浸渍法制备了NH3选择性催化还原(SCR)NO新型催化剂Mn-V-Ce/TiO2,考察了操作条件对其活性的影响;通过NO、O2、NH3的暂态响应实验分析了在该催化剂上进行SCR反应的机理;对催化剂进行了FT-IR和TG分析,探讨了H2O、SO2对其活性的影响。结果表明,该催化剂具有很好的低温SCR活性,空速5 000 h-1、150℃下的NO转化率达99.2%。170℃下同时通硫、水后的350 min内,活性始终保持在98%;单独通入SO2时,中毒速率较快,但体积分数为8%的H2O对该催化剂的活性没有影响,转化率始终保持在98%以上。该催化剂能应用于不含SO2的燃气锅炉烟气和不含SO2的硝酸尾气等NOx工业废气的低温脱硝。     

Fe2O3改性NaY沸石上吡咯烷亚硝胺的降解

 采用程序升温表面反应（TPSR），NH3－TPD，TG－MS和脉冲催化反应等手段研究了吡咯烷亚硝胺（NPYR）在Fe2O3改性NaY沸石上的催化降解．结果表明，用微波辐射、浸渍或焙烧等不同方法制备的改性沸石对NPYR降解的催化性能各不相同，以浸渍法制备的样品活性最高，但该样品对降解产物NO2的吸附作用较弱．在NPYR的降解反应中，Fe2O3改性NaY沸石上的Fe向沸石外表面迁移和富集，覆盖了沸石表面的铝，使催化剂表现出Fe2O3的性质．     

Selective catalytic oxidation of NO with O2 over Ce-doped MnOx/TiO2 catalysts

A series of Ce-doped MnOx/TiO2 catalysts were prepared by impregnation method and used for catalytic oxidation of NO in the presence of excess O2. The sample with the Ce doping concentration of Ce/Mn=1/3 and calcined at 300°C shows a superior activity for NO oxidation to NO2. On Ce(1)Mn(3)Ti catalyst, 58% NO conversion was obtained at 200°C and 85% NO conversion at 250°C with a GHSV of 41000 h-1, which was much higher than that over MnOx/TiO2 catalyst (48% at 250°C). Characterization results implied that the higher activity of Ce(1)Mn(3)Ti could be attributed to the enrichment of well-dispersed MnOx on the surface and the abundance of Mn3+ and Ti3+ species. The addition of Ce into MnOx/TiO2 could improve oxygen storage capacity and facilitate oxygen mobility of the catalyst as shown by PL and ESR, so that its activity for NO oxidation could be enhanced. The effect of H2O and SO2 on the catalyst activity was also investigated.     

Mn/Ba/Al2O3催化剂的NOx氧化-储存和耐硫性能

采用分步等体积浸渍法制备了Mn/Ba/Al2O3催化剂, 并用XRD和TPD等方法进行表征. 考察了催化剂在不同温度下NOx氧化-储存特性和NOx脱附行为. 结果表明, Mn/Ba/Al2O3催化剂具有较高的催化NO氧化活性和较大的NOx储存容量. BaMnO3是主要的活性组分；Mn能够催化NO的氧化反应, 且具有一定的NOx储存能力; Ba是主要的储存组分, 将NOx以硝酸盐的形式储存; 硝酸盐在300～600 ℃分解, 释放出NOx. Mn/Ba/Al2O3催化剂在800 ℃老化6 h后, NO氧化活性和NOx储存能力稍有下降. 低含量的SO2对催化剂的NO氧化活性和NOx储存能力没有明显影响; 高含量的SO2使催化剂的NO氧化活性降低, NOx储存量减小, 最终导致催化剂失活.