Mn-Fe/TiO_2低温NH_3选择性还原NO催化活性及其反应机制

采用共沉淀沉积法制备了Mn-Fe/TiO2NH3选择性催化还原(SCR)NO催化剂,80℃时即获得了92.5%的NOx转达化率,在(H2O)=6%和(SO2)=0.01%条件下120℃时转达化率保持在95%以上。X衍射光谱(XRD)结果表明,Fe2O3与与MnO2存在相互作用,两者均匀地分散在载体TiO2表面。傅立叶转换红外(FT-IR)及原位红外(SituIR)光谱分析得出反应机理为:Fe2O3为助催化剂,NH3主要以-NH2形式吸附在MnO2的Lewis酸中心上,与NO生成中间产物NH2NO,再分解成最终产物N2和H2O;少量以NH4+形式吸附在Brnst酸中心上。O2能同时增加Lewis酸中心和Brnst酸中心形成中间产物的途径。

α-Fe_2O_3表面结构对NH_3选择性催化还原NO活性的影响(英文)

通过水热法合成了两种具有不同形貌的α-Fe2O3纳米棒和纳米立方体,并探索了它们的中温NH3选择性催化还原(NH3-SCR)NO的活性.NH3-SCR测试表明α-Fe2O3纳米棒具有更高的催化活性.X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)结构分析表明:α-Fe2O3纳米棒暴露有高表面能的{110}活性面,而纳米立方体暴露的主要是低表面能的{012}晶面.H2程序升温还原(H2-TPR)和NO程序升温脱附(NO-TPD)结果证明纳米棒比纳米立方体具有更高的氧化还原性能.因此,α-Fe2O3纳米棒由于暴露高表面能的活性面具有比纳米立方体更高的NH3-SCR性能.

MnO_x-WO_3/TiO_2用于NH_3选择性催化还原NO_x的性能与抗SO_2毒性研究

研究了Mn-W/TiO2用于NH3选择性催化还原NOx体系的催化反应性能,探索了不同温度条件下该催化剂对抗不同SO2浓度的抗毒性能。结果显示WO3能够增加活性酸中心的数量和酸性,是MnOx/TiO2非常有效的助催化剂。在气体体积空速(gaseous hourly space velocity,GHSV)为18900h-1时100～350℃范围内,Mn-W/TiO2催化剂还原NOx的转化率高达80.3%～99.6%,N2选择性达100%～98.7%。当反应气中有0.01%SO2和6%H2O时,120℃NOx转化率可维持在98.5%,当SO2浓度超过0.01%时,则需将反应温度升高到250℃以上才可消除其干扰,而当SO2浓度高达0.07%时,300℃下转化率可长期维持在99%,达到了商用V-W/TiO2催化剂的水平。对于NH3选择性还原NOx体系Mn-W/TiO2显示了极好的催化性能,是目前抗SO2毒性最强的催化剂之一。试验发现,低温条件下,SO2对Mn-W/TiO2催化剂的影响是可逆的,随着反应温度的提高,活性将自然恢复。

低温NH_3选择性催化还原脱硝催化剂Mn_1Fe_xCe_(1-x)/TiO_2抗硫再生性能研究

通过共沉淀法制备了Mn1Fe1-xCex/TiO2催化剂,以NH3为还原剂,考察了催化剂的脱硝性能及抗硫再生性能。结果表明,Mn1Fe0.9Ce0.1/TiO2催化剂表现出最佳的脱硝活性和优良的抗硫性能,在140℃时NO转化率可达到100%。在烟气中通入的SO2浓度小于等于80mg/m3时,催化剂只发生可逆性中毒,当SO2浓度大于80mg/m3时,在催化剂表面会生成硝酸盐及硫酸盐等物质导致不可逆失活,但中毒失活催化剂在经水洗后可实现再生,NO的转化率可基本恢复至新鲜催化剂水平。

TiO2负载的二元金属氧化物催化剂低温NH3选择性还原NOx的研究

在TiO2负载的锰氧化物(MnOx/TiO2)中引入第2种组分,制成二元金属氧化物(MnOx-A/TiO2)催化剂,A分别为Fe2O3、WO3、MoO3、Cr2O3,试验研究低温催化活性、N2选择性及抗SO2毒性。结果表明,低温催化活性从高到低依次为:Mn-W/TiO2>Mn-Fe/TiO2>Mn-Cr/TiO2>Mn-Mo/TiO2;N2选择性:Mn-Fe/TiO2>Mn-W/TiO2>Mn-Mo/TiO2>Mn-Cr/TiO2,Mn-Fe/TiO2和Mn-W/TiO2保持了较高低温催化活性的同时提高了N2选择性。当反应气中含有&(SO2)=0.01%和&(H2O)=6%,空速为12600h-1、120℃、8h后NOx转化率Mn-W/TiO2、Mn-Fe/TiO2、Mn-Mo/TiO2分别保持在98.5%、95.8%及94.2%。由此得出,WO3、Fe2O3为MnOx有效的助催化剂,可大大提高MnOx/TiO2的选择性和抗SO2毒性的能力。傅里叶变换红外光谱显示,与Fe2O3不同,WO3也提供了部分Lewis酸活性点,说明在有低浓度SO2存在下,Mn-W/TiO2显示了极好的低温NH3选择性还原NOx的催化活性。

铈基催化剂用于NH3选择性催化还原NOx的研究进展

源自固定源(如燃煤电厂烟气)和移动源(如机动车尾气)排放的氮氧化物(NOx)造成了严重的大气污染,对其进行减排控制已迫在眉睫.研究表明,氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术是消除NOx的最有效手段之一.铈基催化剂因其良好的氧化还原性能、适当的表面酸性、较高的储/释氧容量以及丰富的资源储备而被广泛用于NH3-SCR反应.探讨铈基组分在该反应中发挥的具体作用,有助于了解相关催化过程的本质,为现有催化剂的优化和新型催化剂的设计提供科学参考.基于Ce O2在NH3-SCR催化剂中扮演的不同角色,本文从Ce O2作为载体、铈基复合氧化物、表面负载组分(助剂和活性组分)以及特殊结构的铈基催化剂等方面系统地介绍了近年来铈基催化剂在NH3-SCR反应中的最新研究进展,并对该领域未来可能的发展方向进行了展望.

活性炭的预处理对CeO2/AC催化剂NH3选择性催化还原NOx性能的影响

为了改善活性炭(AC)负载的CeO_2基催化剂的脱硝性能,采用空气热氧化或硝酸对活性炭进行预处理,考察了预处理方式对其负载的CeO_2基催化剂氨选择性催化还原(NH_3-SCR)NO_x反应性能的影响。对预处理后的活性炭及其负载的CeO_2基催化剂进行了红外光谱(FTIR)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)、N_2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)及H_2-TPR等表征。结果表明:硝酸预处理显著增加了活性炭表面含氧官能团、增强了表面酸性,提高了其负载的CeO_2基催化剂的氧化还原性能,促进了催化剂表面NH_3的吸附和活化,使催化剂表现催化优异的NH_3-SCR脱硝性能。该催化剂对NO_x的起燃温度和完全转化温度分别为75℃和190℃,显著优于空气热氧化处理的活性炭制备的催化剂,但H_2O易导致催化剂活性下降。

Mn-Cu-Ce-Fe/REY系列催化剂上NH_3选择性催化还原NO性能

采用正交实验设计和浸渍法制备Mn-Cu-Fe-Ce/REY催化剂。采用固定床微型反应器评价SO2存在下催化剂在NH3选择性催化还原NO反应中的活性,考察Mn、Cu、Fe和Ce各活性组分对催化剂活性的影响,并采用XRD、H2-TPR和SEM等手段对催化剂进行表征。结果表明,Mn、Cu、Fe和Ce各活性组分对催化剂活性影响顺序为:Cu>Fe>Ce>Mn,催化剂的氧化还原性能影响催化剂活性。

NO_2对Cu/SAPO-34分子筛催化剂上NH_3选择性催化还原NO性能的影响

主要考察了NO2对Cu/SAPO-34分子筛催化剂在整个温度范围内(100-500°C)NH3选择性催化还原(SCR)NO性能的影响.研究所使用样品为新鲜Cu/SAPO-34催化剂在750°C下水热处理4 h的稳定期样品.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构以及形貌进行表征,采用SCR活性评价、动力学实验以及原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ-DRIFTS)表征催化剂的性能以及催化剂表面物种的变化.活性评价实验结果表明,NO2会抑制催化剂的低温(100-280°C)活性,但其存在会提高催化剂的高温(280°C以上)活性.与此同时,随着反应物中NO/NO2的摩尔比例减少,由于NH4NO3物种的分解,副产物(N2O)的浓度增大.动力学结果表明,Cu/SAPO-34催化剂上快速SCR反应的表观活化能(Ea=64.02 kJ?mol-1)比标准SCR反应的表观活化能(Ea=48.00 kJ?mol-1)更大.In situ-DRIFTS实验结果表明NO比NO2更容易在催化剂表面形成硝酸盐,并且NO2更容易与吸附在Br?nsted酸性位上的NH3物种反应生成NH4NO3.低温下,催化剂表面的NH4NO3物种会覆盖SCR反应的活性位,造成活性降低,但在高温时,形成的NH4NO3物种一部分会被NO还原为N2,而另一部分会直接热分解为N2O,造成催化剂的选择性降低.

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MnαTi 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,MnαTi 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MnαTi 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。MnαTi 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MnαTi 1-α催化剂具有良好的中低温氧化还原性。

稀土Cu/HZSM-5催化剂NH_3选择性催化还原法低温脱硝性能

采用浸渍法制备Re（X）Cu／HZSM-5（Re=La，Ce，Pr，Nd；x=0．5，1，2）系列催化剂。采用XRD和H2-TPR等对催化剂进行表征，在微型固定床反应器中评价催化剂低温NH，选择还原NO的催化活性。结果表明，Re（x）Cu／HZSM-5（Re=La，Ce，Pr，Nd；x=0．5，1，2）催化剂具有较好的低温NH3选择还原NO催化活性，以La为助剂和添加质量分数1％的La（1）Cu／HZSM-5催化剂低温脱硝活性较好，T85，和T95分别为153℃和164cC，活性温度窗口宽，（153～362）℃时，NO转化率超过95％。

MnO_x-WO_3/TiO_2NH_3选择性还原NO_x的催化性能与动力学

研究了Mn-W/TiO2用于NH3选择性催化还原NOx体系的催化反应性能,在很宽的温度范围和各种气体条件下,该催化剂显示了较高的催化活性。在GHSV 18900 h-1、100-350℃条件下,NOx转化率高达80.3%-99.6%,N2选择性达98.7%-100%;当反应气体中有0.01%SO2（分压比,下同）和6%H2O,120℃转化率可维持在98.5%;SO2浓度高达0.07%,300℃转化率可长期稳定在99%,达到了商用V-W/TiO2催化剂的水平。稳态动力学实验发现,O2对Mn-W/TiO2NH3-SCR NOx催化体系起促进作用,O2含量在1.5%以下时转化率随O2浓度的增加而显著提高;当有过量O2和过量H2O存在时,反应为关于NO浓度的一级反应,关于NH3浓度的零级反应。由各温度下的动力学实验结果推导出Mn-W/TiO2催化反应的活化能为6.24 kJ.mol-1,较文献报道的其他催化剂的活化能低得多,为NH3选择性还原NOx较好的催化剂。

Fe-Cu/ZSM-5催化剂NH3选择性催化还原NO性能研究

通过旋蒸法制备了Cu/ZSM-5、Fe/ZSM-5和Fe-Cu/ZSM-53种样品,使用X射线粉末衍射(XRD)、N2-吸附/脱附、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)技术对其进行了表征,并研究了其NH3-SCR催化还原NO性能。实验结果表明,Fe和Cu双金属改性Fe-Cu/ZSM-5样品催化性能优异,具有较宽的反应活性温度窗口,在200~560℃范围内的转化率均超过90%,在290~400℃下转化率可达到98%以上。Fe-Cu/ZSM-5样品优异的催化性能与其具有丰富的中酸性位和良好的氧化还原性能密切相关。

Cu^2+离子掺杂SnO2固溶体催化剂的晶格容量效应:NH3选择性还原NOx反应性能提高的本质原因

NOx排放给人类健康和环境带来了严重的危害,目前已发展了多种消除其污染的方法.其中氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术是固定源和移动源柴油机排放NOx的有效消除方法之一.非贵金属氧化物催化剂由于廉价、且原料来源丰富,用于NH3-SCR反应在过去几十年一直备受人们关注.由于晶格畸变和不等价取代等原因,与单组分氧化物催化剂相比,替代型金属氧化物固溶体催化剂通常具有更优异的物理化学性能.其中典型的例子是已被广泛用作汽车尾气净化转化器储氧材料的铈锆固溶体.与纯CeO2相比, Zr^4+离子溶入立方萤石CeO2晶格形成固溶体结构后,显著提高了其稳定性和储氧能力.近八年来,我们以四方金红石型SnO2为溶剂,系统地研究了系列金属阳离子在其晶格中的溶解行为,并考察了其催化反应性能.为深入理解固溶体催化剂的结构与反应性能之间的关系,我们首次创建了简单易行的XRD外推法定量金属氧化物固溶体中溶质阳离子的晶格容量.结果表明,其它离子掺杂形成SnO2基固溶体可显著增加其表面缺位氧和Lewis酸性位点的数量,且可使缺位氧在较高温度下保持稳定,显著提高了所得催化剂的反应性能.另外我们还发现,当溶质离子含量为晶格容量时可得到最大量的纯相固溶体,此时催化剂通常具有最优的性能,具有明显的阈值效应.很多研究表明,含CuO的一些催化材料通常对NOx选择还原具有良好的低温活性和选择性,但把Cu^2+离子溶入SnO2晶格构建固溶体催化剂用于NH3-SCR反应迄今未见报道.因此,为获得性能优良的催化剂,本文采用共沉淀法制备了系列不同Cu^2+离子含量的Sn-Cu复合氧化物固溶体催化剂,并采用XRD外推法测定了Cu^2+离子在SnO2中的晶格容量,为0.10 g CuO/gSnO2,相当于Sn/Cu摩尔比为84/16.Raman结果表明, Cu^2+离子含量低于晶格容量时,随其含量增加,表面氧缺位数量增加,且在晶格容量时达到最大.H2-TPR, O2-TPD和NH3-TPD结果表明,随着Cu^2+离子含量增加,催化剂表面活性氧物种和表面酸中心的数量均增加;在Cu^2+离子含量接近晶格容量时,催化剂中形成最大量的纯固溶体相,上述活性中心均可达到最大量.此时,催化剂具有最佳的NH3-SCR反应性能.因此, Cu^2+离子溶入SnO2晶格形成固溶体催化剂,在结构和反应性能上均具有明显的晶格容量阈值效应.通过将Cu^2+离子含量调控在晶格容量,可获得反应性能最好的Sn-Cu复合氧化物固溶体催化剂.

Ce基催化剂NH_3选择性催化还原NO_x的研究进展

氨选择性催化还原NO_x(NH_3-SCR)技术是目前应用最为广泛的烟气脱硝技术,而SCR催化体系是NH_3-SCR技术的核心。近年来,CeO_2因较好的储氧释氧等能力而受到了广泛关注。因此,本文综述了Ce基催化剂用NH_3-SCR反应的研究现状,重点介绍了金属氧化物掺杂和酸改性铈基催化剂,并对铈基脱硝催化剂可能的研究与发展方向进行了展望。

MnO_2的晶相结构和表面性质对低温NH_3-SCR反应的影响

采用水热法合成了两种具有相同形貌但是不同物相结构的MnO2纳米棒,分别为隧道状和层状结构,考察其低温NH3选择性催化还原NOx(NH3-SCR)的性能.结果表明MnO2纳米棒的比表面积不是影响活性的主要因素,催化剂的晶相结构和表面性质对催化活性有很大影响,隧道状α-MnO2纳米棒的低温NH3-SCR活性明显高于层状δ-MnO2纳米棒.结构分析和NH3程序升温脱附(NH3-TPD)实验表明,α-MnO2纳米棒的暴露晶面(110)面存在大量的配位不饱和Mn离子,形成较多的Lewis酸性位点,而且α-MnO2较弱的Mn―O键和隧道结构都有利于NH3的吸附;而δ-MnO2纳米棒的暴露晶面(001)面上的Mn离子已达到配位饱和,所以其表面Lewis酸性位点较少.X射线光电子能谱(XPS)和热重(TG)分析表明α-MnO2纳米棒的表面更有利于NH3和NOx的活化.具有有利于吸附NH3和活化NH3和NOx的表面性质和晶型结构,是α-MnO2纳米棒活性高的主要原因.

机动车尾气脱硝催化剂Cu-SSZ-13的改性研究进展

Cu-SSZ-13催化剂具有优异的CHA骨架结构,在机动车尾气脱硝领域具有很好的应用前景,目前在欧洲已经实现商业应用。为解决尾气中硫氧化物和水热冲击对Cu-SSZ-13骨架和活性位点产生的损害问题,对其进行改性是目前的研究重点。本文归纳了近年来针对Cu-SSZ-13催化活性位点的研究进展以及水热老化、硫中毒导致其失活的机理研究成果;重点论述了针对Cu-SSZ-13催化活性和耐受性能提升的最新改性方法(包括创建新型纳米结构、构建中毒牺牲位点、金属掺杂改性等),以期为提升Cu-SSZ-13催化性能和抗中毒性能研究提供新思路;对Cu-SSZ-13改性技术的未来发展进行展望,提出通过特定金属掺杂和新颖制备方法来控制沸石内的离子种类可实现调控活性位点的创新思路。最后针对性讨论了催化剂改性过程中需要解决的关键问题。

NH_3-SCR反应过程中NH_3和NO_x在Cu/SAPO-34分子筛催化剂上的吸附特性和作用(英文)

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.

双金属交换的Cu-Mn/SSZ-39催化剂的NH_(3)-SCR脱硝性能

以SSZ-39为载体,采用离子交换法制备不同铜锰物质的量比的Cu-Mn/SSZ-39分子筛催化剂,并考察其在以NH3为还原剂的选择性催化还原NO反应(NH3-SCR)中的脱硝活性。通过XRD、SEM、N_(2)吸脱附、NH_(3)-TPD、H_(2)-TPR、XPS、ICP等对催化剂的结构、形貌、表面酸性等进行表征。结果表明,Cu^(2+)提供主要的反应活性位,使催化剂具有良好的脱硝活性和N_(2)选择性;Mn^(2+/3+)交换提高了催化剂的表面酸性,特别是增加了弱Lewis酸的含量;Cu^(2+)、Mn^(2+/3+)双金属交换的Cu-Mn/SSZ-39催化剂具有良好的低温脱硝活性和水热稳定性。当Cu与Mn的物质的量比为1∶0.6时,Cu-Mn(0.6)/SSZ-39具有最低的起燃温度(T_(50)为125℃),在184~433℃的宽温度范围内NO转化率达到90%以上,并在450℃内保持90%以上的N_(2)选择性。水热老化后的Cu-Mn/SSZ-39-A基本保持了原有的晶型、形貌和脱硝活性,体现了良好的水热稳定性。

分子筛NH3-SCR脱硝催化剂研究进展

选择性催化还原(SCR)是目前最有效的脱硝技术,它的核心是脱硝催化剂。分子筛脱硝催化剂具有很好的脱硝活性和水热稳定性,宽的温度窗口可覆盖低中高温烟气或工业尾气脱硝,是很有应用潜力的SCR脱硝催化剂。介绍了分子筛NH3-SCR脱硝催化剂的研究现状,包括Fe系、Cu系、Mn系及Ce系分子筛催化剂,综述了不同拓扑结构的分子筛催化剂(ZSM-5,BEA,SAPO-n,SSZ-13)的水热稳定性和脱硝活性,并对分子筛催化剂未来研究进行了展望。