CeO2表面分散态WO3的氨选择性催化还原性能

铈基材料在氨选择性催化还原氮氧化物(NH3-SCR)的研究中备受关注,亦被认为是潜在的新型环境友好型催化剂.CeO2具有独特的氧化还原性能和优良的储释氧性能,易与其它金属氧化物发生协同催化而有利于提高催化剂的催化反应性能,而WO3可以改善催化剂的表面酸性.研究亦报道了WO3可以改善CeO2的NH3-SCR反应的高温活性和N2选择性,其原因在于WO3增加了铈基催化剂NH3的吸附性能且抑制了NH3非选择性氧化成NOx.我们采用浸渍法制备了一系列负载型WO3/CeO2催化剂,并利用XRD,Raman,XPS,H2-TPR,NH3-TPD和insituDRIFT对其理化性质进行了表征,系统研究了WO3...

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Published in催化学报 Vol. 38; no. 10; pp. 1749 - 1758
Main Author 张雷;孙敬方;熊燕;曾小清;汤常金;董林
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 重庆三峡学院环境与化学工程学院,重庆,404000%南京大学化学化工学院介观化学教育部重点实验室,江苏南京,210093%南阳师范学院化学与制药工程学院,河南南阳,473061 2017
Subjects
氨选择性催化还原;WO3/CeO2催化剂;WO3状态;分散容量;红外光谱
分散容量
WO3/CeO2 catalyst
Diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy
红外光谱
Dispersion capacity
NH3 selective catalytic reduction
WO3状态
氨选择性催化还原
WO3 state
WO3/CeO2催化剂
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ISSN0253-9837
1872-2067
DOI10.1016/S1872-2067(17)62887-0

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Summary:铈基材料在氨选择性催化还原氮氧化物(NH3-SCR)的研究中备受关注,亦被认为是潜在的新型环境友好型催化剂.CeO2具有独特的氧化还原性能和优良的储释氧性能,易与其它金属氧化物发生协同催化而有利于提高催化剂的催化反应性能,而WO3可以改善催化剂的表面酸性.研究亦报道了WO3可以改善CeO2的NH3-SCR反应的高温活性和N2选择性,其原因在于WO3增加了铈基催化剂NH3的吸附性能且抑制了NH3非选择性氧化成NOx.我们采用浸渍法制备了一系列负载型WO3/CeO2催化剂,并利用XRD,Raman,XPS,H2-TPR,NH3-TPD和insituDRIFT对其理化性质进行了表征,系统研究了WO3负载量对WO3/CeO2催化剂NH3-SCR催化性能的影响,主要研究的内容包括:(1)WO3/CeO2催化剂中WO3的状态与催化性能之间的关系;(2)WO3负载量对WO3/CeO2催化剂的NH3和NO吸附行为的影响.NH3-SCR反应测试表明WO3负载量对WO3/CeO2催化剂有显著影响,优化的WO3/CeO2催化剂在200–450?C具有良好的脱硝性能,且在300?C通入SO2+H2O条件下依然保持优异的催化活性.XPS和H2-TPR结果表明,WO3分散在CeO2表面抑制了CeO2表面活性氧和表面晶格氧的氧化能力,这导致催化剂对NO的氧化以及对硝酸盐的吸附性能相比于纯CeO2显著降低,同时,insituDRIFT也证实,随着WO3负载量的增加,WO3/CeO2催化剂表面吸附硝酸盐能力下降.因此,我们认为,由于低活性的晶相WO3覆盖在催化剂表面,阻碍了催化剂的表面活性位,降低了催化剂的氧化还原能力和表面酸量,从而晶相WO3抑制了WO3/CeO2催化剂的催化活性.同时,我们发现在70?C下采用氨水可以洗掉WO3/CeO2催化剂中的晶相WO3,且洗涤后的样品催化活性有所提升,这进一步验证了晶相WO3对催化活性的抑制作用.InsituDRIFT结果表明WO3/CeO2催化剂上NH3-SCR反应是通过Eley-Rideal机理进行,即吸附NH3物种与气相NO之间发生反应.随着WO3负载量的增加,WO3/CeO2催化剂中NH3的吸附能力先增强后减弱,而NO吸附能力持续减弱,这有利于表面酸位在反应过程中不被硝酸盐阻碍,当WO3负载量在分散容量附近时,这种吸附特性的效果发挥到最大,从而最大限度地促进NH3-SCR反应按照Eley-Ride
Bibliography:The influence of tungsten trioxide(WO3)loading on the selective catalytic reduction(SCR)of nitric oxide(NO)by ammonia(NH3)over WO3/cerium dioxide(CeO2)was investigated.The NO conversion first rose and then declined with increasing WO3loading.It was found that the crystalline WO3in the1.6WO3/CeO2sample could be removed in25wt%ammonium hydroxide at70°C,which improved the catalytic activity of the sample.The obtained samples were characterized by X‐ray diffraction,Raman spectroscopy,X‐ray photoelectron spectroscopy,hydrogen(H2)temperature programmed reduction,NH3temperature programmed desorption,and in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy.The results revealed that the dispersed WO3promoted the catalytic activity of WO3/CeO2while the crystalline WO3inhibited catalytic activity.The oxygen activation of CeO2was inhibited by the coverage of WO3,which weakened NO oxidation and adsorption of nitrate species over WO3/CeO2.In addition,the NH3adsorption performance on CeO2was improved by modif
ISSN:0253-9837
1872-2067
DOI:10.1016/S1872-2067(17)62887-0