Ce4+,Zr4+共掺杂提高V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝性能及抗K中毒能力（英文）

论文摘要

近年来, NOx的排放造成了严重的环境污染.氨选择性催化还原技术（NH3-SCR）是目前消除NOx最有效的手段之一.V2O5-WO3/TiO2催化剂在300–400°C范围内表现出优异的脱硝性能,因此被广泛用于NH3-SCR反应.然而该催化剂抗碱（土）金属中毒性能较差,且碱（土）金属碱性越强对催化剂的毒害越大（即K> Na> Ca> Mg）.已有研究显示,当K2O质量分数达1%时,催化剂将完全失活,所以对传统的V2O5-WO3/TiO2催化剂进行改性以提高其抗K中毒性能具有十分重要的意义.最近, CeO2由于具有优异的氧化还原性能和储/释氧能力,在NH3-SCR反应得到了广泛的关注.研究显示, CeO2的改性可提高钒基催化剂脱硝活性及抗碱金属中毒性能,这主要是由于CeO2的掺杂可以有效提高催化剂表面酸性及氧化还原能力. ZrO2是一种酸碱两性氧化物,常被用作载体或者助剂.研究显示, ZrO2的引入可以提高催化剂热稳定性,增大比表面积以及提高氧迁移能力.基于此,我们制备了一系列的V2O5-WO3/TiO2-ZrO2, V2O5-WO3/TiO2-CeO2以及V2O5-WO3/TiO2-CeO2-ZrO2催化剂,以期提高V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝性能及抗K中毒能力.研究发现, Ce4+, Zr4+共掺杂可以有效提高V2O5-WO3/TiO2催化活性,拓宽反应温度窗口,增强抗K中毒能力.进一步借助X射线衍射、比表面积测定、氨气-程序升温脱附、氢气-程序升温还原和X射线光电子能谱等表征对催化剂进行全面分析.结果显示, Ce4+, Zr4+共掺杂对V2O5-WO3/TiO2催化剂物理化学性质的影响与其脱硝性能及抗K中毒能力有着密不可分的关系.首先, Ce4+, Zr4+可以掺杂进入TiO2晶格,抑制TiO2晶粒的生长,从而导致比表面积以及总孔体积的增加;比表面积的增加有利于活性物种的分散,而总孔体积的增加有利于反应物分子与催化剂充分接触.其次, Ce4+, Zr4+共掺杂可以提高催化剂表面酸性和氧化还原性能,表面酸性的增加有利于催化剂吸附与活化反应物种NH3,氧化还原性能的提高有利于NO氧化为NO2,进而通过"快速NH3-SCR"反应提高催化剂活性;同时, Ce4+, Zr4+共掺杂还可以有效降低K中毒对表面酸性和氧化还原性能的影响,这主要是由于Ce4+可以与K原子结合形成Ce-O-K物种,而Zr4+的引入可以增加Ce4+的热稳定性,使得更多的Ce4+与K结合,避免了K与活性钒物种结合形成V-O-K物种,使得活性V5+得到了有效的保护.原位红外实验揭示了V2O5-WO3/TiO2-CeO2-ZrO2催化反应遵循L-H机理,且K中毒并未改变其反应机理.最后,该催化剂在H2O和SO2存在的条件下仍具有最佳的脱硝性能,因而有望用于实际高K含量的燃煤烟气脱硝.

论文目录

• 1. Introduction
• 2. Experimental
•   2.1. Catalyst preparation
•   2.2. Catalytic performance test
•   2.3. Catalyst characterization
• 3. Results and disscussion
•   3.1. Activity and N2 selectivity
•   3.2. Effects of H2O and SO2
•   3.3. Structural and textural properties
•   3.4. Surface acidity
•   3.5. Reduction behavior
•   3.6. Surface analysis
•   3.7. In situ DRIFTS studies
•     3.7.1. Adsorption of NH3
•     3.7.2. Co‐adsorption of NO+O2
•     3.7.3. Co‐adsorption of NO+O2+NH3
• 4. Conclusions
• Graphical Abstract

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 曹俊,姚小江,杨复沫,陈丽,傅敏,汤常金,董林

关键词: 催化剂,共掺杂,钾中毒,氨选择性催化还原,反应机理

来源: 催化学报 2019年01期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 化学,环境科学与资源利用

单位: 重庆工商大学环境与资源学院重庆市催化与环境新材料重点实验室,中国科学院重庆绿色智能技术研究院大气环境研究中心,四川大学建筑与环境学院烟气脱硫国家工程研究中心,南京大学现代分析中心江苏省机动车尾气控制重点实验室

基金: supported by the National Natural Science Foundation of China(21876168,21507130),the Key Projects for Common Key Technology Innovation in Key Industries in Chongqing(cstc2016zdcy-ztzx0020-01),the Chongqing Science&Technology Commission(cstc2016jcyjA0070,cstckjcxljrc13),the Open Project Program of Chongqing Key Laboratory of Catalysis and Functional Organic Molecules from Chongqing Technology and Business University(1456029),the Graduate Innovation Project of Chongqing Technology and Business University(yjscxx201803-028-22)~~

分类号: O643.36;X701

页码: 95-104

总页数: 10

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