制备方法对MnOx-CeO2催化剂理化性质及低温NH3-SCR脱硝性能的影响

• Published in: 催化学报 Vol. 38; no. 1; pp. 146 - 159
• Main Author: 姚小江;马凯莉;邹伟欣;何圣贵;安继斌;杨复沫;董林
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 中国科学院水库水环境重点实验室, 重庆400714%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%中国科学院化学研究所, 北京分子科学国家实验室, 北京100190%重庆文理学院, 环境材料与修复技术重庆市重点实验室, 重庆402160%中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 中国科学院水库水环境重点实验室, 重庆400714 2017; 中国科学院城市环境研究所, 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心, 福建厦门361021
• Subjects: MnOx-CeO2催化剂;制备方法;氮氧化物;低温氨选择性催化还原;电子相互作用;表面酸性; Low-temperature NH3-SCR; 氮氧化物; 制备方法; 表面酸性; Surface acidity; 低温氨选择性催化还原; Electron interaction; 电子相互作用; Preparation method; Nitrogen oxides; MnOx-CeO2催化剂; MnOx-CeO2 catalyst
• ISSN: 0253-9837; 1872-2067
• DOI: 10.1016/S1872-2067(16)62572-X

随着人们环保意识的增强,氮氧化物(NOx)的危害引起广泛关注.NOx作为首要的大气污染物之一,主要来源于以燃煤电厂为代表的固定源和以机动车为代表的移动源.它不仅能够导致酸雨和光化学烟雾,而且还是PM2.5的重要前驱体,严重危害人类健康和植物生长.因此,NOx的治理迫在眉睫.研究表明,氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术是控制固定源NOx排放最经济有效的方法.商业化V2O5-WO3/TiO2和V2O5-MoO3/TiO2脱硝催化剂的最佳工作温度窗口为300–400°C.因此,NH3-SCR脱硝设施通常安装在除尘器和脱硫装置之前以满足最佳工作温度需要.然而,在这种情况下,脱硝催化剂容易因烟气中的飞灰和含硫化合物堵塞、中毒而失活.此外,对于老电厂增加脱硝设施的改造工程,在除尘器和脱硫装置之前没有足够的空间用于安装脱硝设施.因此,开发环境友好型低温NH3-SCR脱硝催化剂显得尤为重要,因为它可以直接安装在除尘器和脱硫装置之后,从而有效减缓脱硝催化剂失活,有利于改造工程的施工.研究表明,锰基催化剂由于其优异的氧化还原性能和氧迁移能力有利于氧化NO为NO2,促进反应沿着“快速NH3-SCR”途径进行,从而表现出优异的低温脱硝性能.然而,其N2选择性、抗水性能和工作温度窗口还有待改善.因此,开发既具有高催化活性又具有宽工作温度窗口、优异抗水性能以及理想N2选择性的低温脱硝催化剂仍是一个富有挑战性的课题.二氧化铈(CeO2)由于具有优异的氧化还原性能、良好的储/释氧能力、丰富的氧空位以及Ce4+/Ce3+的轻易切换而被广泛用于NH3-SCR反应.因此,将锰氧化物(MnOx)与CeO2相结合而制备的MnOx-CeO2催化剂可能会表现出优异的低温脱硝性能.而催化剂的理化性质和催化性能还强烈地依赖于其制备方法.因此,本文采用不同方法(机械混合法、浸渍法、水热法、共沉淀法以及溶胶-凝胶法)制备了一系列MnOx-CeO2催化剂用于低温NH3-SCR反应,并运用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氮气物理吸附、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)以及原位漫反射红外光谱(insituDRIFTS)等表征技术对催化剂进行了系统分析.重点考察了制备方法对MnOx-CeO2催化剂理化性质和催化性能的影响.结果表明,低温脱硝性能有如下顺序:水热法>溶胶-凝胶法>共沉淀