吸附相反应技术制备MnOx/CeO2/SiO2催化剂及其低温选择性催化还原NOx的研究

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NOx是危害大气的主要污染物之一,选择性催化还原(SCR)技术是脱除固定源排放烟气中NOx的最为有效的方法。近年来低温SCR技术由于具有节能减耗和运行成本低等特点正受到越来越多研究者的关注。本文首先综述了SCR催化剂目前的研究进展,结合课题组前期在吸附相法制备MnOx/SiO2催化剂的研究经验,作者采用了吸附相反应技术来制备了MnOx/CeO2/SiO2脱硝催化剂,以继续探索催化剂的低温活性和对反应过程进行深入探究。在吸附法制备纳米Mn基催化剂的前期研究基础上,考察了Ce、Cu、Fe、 Co、Zr五种金属氧化物修饰的Mn基催化剂。通过活性测试和分析表征结果发现,Ce的加入能够增加活性组分Mn3O4的分散性,增强催化剂的储氧能力和表面酸性,大幅度地提高催化剂的低温SCR活性。接着通过考察MnOx/CeO2/SiO2系列催化剂Ce02负载量影响发现,催化剂表面的Mn离子能够进入CeO2晶格,形成氧空穴,催化剂催化活性主要受催化剂氧空穴浓度的影响。通过考察Mn元素负载量影响发现,氧空穴浓度并不是左右催化剂活性的唯一决定因素,单一方面的优势并不能给催化剂带来最佳活性。为了改善Mn与Ce的相互作用方式,进而调控催化剂的氧空穴浓度,我们改变了吸附法制备MnOx/CeO2/SiO2过程中Mn与Ce加入方式、吸附顺序、醇热温度,结果表明:改善Mn与Ce的相互作用方式能改变催化剂氧空穴浓度,催化剂活性随氧空穴浓度升高而升高,但氧空穴浓度达到较高水平时,有足够的NO向NO2转变,继续提高氧空穴浓度,催化剂活性增加的幅度不大,此时催化反应的控制步骤可能是酸性位上NH3的吸附过程。为了验证在高氧空穴浓度下,酸性是催化剂活性的控制步骤,进一步提高催化活性,我们改变吸附相法制备MnOx/CeO2/SiO2过程中吸附质、水浓度和柠檬酸加入量,结果表明:在较高的氧空穴浓度下,提高催化剂酸性能有效地提高催化剂活性。
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