负载型铈基催化剂在NH3-SCR反应中的载体效应

• Published in: 催化学报 Vol. 38; no. 8; pp. 1423 - 1430
• Main Author: 姚小江;陈丽;孔婷婷;丁世敏;罗琼;杨复沫
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国科学院重庆绿色智能技术研究院大气环境研究中心, 重庆400714%中国科学院重庆绿色智能技术研究院大气环境研究中心, 重庆400714 2017; 长江师范学院武陵山片区绿色发展协同创新中心, 重庆408100; 中国科学院重庆绿色智能技术研究院大气环境研究中心, 重庆400714; 重庆大学城市建设与环境工程学院, 重庆400045%长江师范学院武陵山片区绿色发展协同创新中心, 重庆408100; 重庆大学城市建设与环境工程学院, 重庆400045; 中国科学院重庆绿色智能技术研究院大气环境研究中心, 重庆400714%长江师范学院武陵山片区绿色发展协同创新中心,重庆,408100%中国科学院重庆绿色智能技术研究院大气环境研究中心,重庆,400714%长江师范学院武陵山片区绿色发展协同创新中心, 重庆408100; 中国科学院城市环境研究所区域大气环境研究卓越创新中心, 福建厦门361021
• Subjects: 载体效应;负载型铈基催化剂;还原性能;表面酸性;氨-选择催化还原; 载体效应; 还原性能; 氨-选择催化还原; 表面酸性; 负载型铈基催化剂; Surface acidity; Ammonia-selective catalytic reduction; Reduction behavior; Support effect; Supported ceria-based catalyst
• ISSN: 0253-9837; 1872-2067
• DOI: 10.1016/S1872-2067(17)62868-7

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/TiO