铈钛掺杂促进铁氧化物低温SCR脱硝性能的机理

利用X射线晶格衍射（XRD）、N₂吸附和X射线光电子能谱仪（XPS）等对铈和钛掺杂后的铁氧化物晶相、孔隙结构及表面活性组分的分散度等物性进行表征分析,得到了铈和钛掺杂对铁氧化物低温NH₃-SCR脱硝性能的促进机理.结果表明：铈和钛掺杂会抑制铁氧化物中Fe₂O₃的结晶,细化其孔径,增大其比表面积和比孔容;铈掺杂会促使铁氧化物表面形成Ce⁴⁺/Ce³⁺氧化还原电子对;进一步掺杂钛会提高铁铈复合氧化物形成更多吸附氧,增强其表面低温催化氧化NO为NO₂的性能;且铈和钛掺杂增强了铁氧化物表面的吸附性能,尤其提高了对NH₃的低温吸附,从而促进了铁基氧化物催化剂的低温NH₃-SCR脱硝性能.     

载体平衡离子对MnOx/ZSM-5催化NH3-SCR性能影响

采用不同平衡离子（H⁺、Na⁺和NH₄⁺）的ZSM-5改性分子筛制备MnO_x/ZSM-5催化剂,研究平衡离子对氨选择催化还原（NH₃-SCR）反应活性的影响.NH₃-SCR反应结果表明,NH₄-ZSM-5为载体时,催化剂表现出优异的低温SCR活性,而H-ZSM-5为载体的催化剂则在高温范围对NO_x具有较高的转化率.XRD、TEM、BET、Raman、H₂-TPR、XPS等表征结果显示,平衡离子可明显影响MnO_x在催化剂中的分散位置以及氧化还原性质.MZ-NH₄催化剂中活性组分MnO_x分散在载体外表面,颗粒尺寸较大,主要以Mn³⁺形式存在,对NO具有较强的氧化能力,进而促进“快速SCR”反应的进行.而H-ZSM-5为载体时,MnO_x主要被限域在载体孔道内形成限域催化剂,主要以Mn⁴⁺形式存在.活性研究和表征结果证明,活性组分分散在催化剂外表面,更有利于低温SCR反应的进行.     

稻壳基活性炭催化剂的低温NH3-SCR抗硫性能

以稻壳基活性炭（DAC）为载体,利用等体积浸渍法制备了DAC负载Mn、Ce氧化物的Mn-Ce/DAC脱硝催化剂,并用于氨法SCR反应.采用N₂吸附、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和程序升温吸附脱附（TPR/TPD）等手段对催化剂的物理化学性能进行了表征.结果发现与商业木屑基活性炭负载Mn、Ce氧化物催化剂（Mn-Ce/MAC）相比,Mn-Ce/DAC具有更高的Ce³⁺/Ce⁴⁺比率、表面化学吸附氧含量以及表面Brønsted酸性位点,这与其优良的低温SCR活性及抗硫抗水性能直接相关.原位红外光谱结果显示在含硫气氛中Mn-Ce/DAC表面的硫酸盐含量明显低于Mn-Ce/MAC,表明前者具有优良抗硫性能.     

新型铈钨钛复合氧化物催化还原脱硝机理

利用水热共沉淀法制备了铈钨钛复合氧化物催化剂,考察了H₂O₂络合修饰对其催化脱硝转化频率（TOF）的影响;并借助傅里叶原位红外光谱仪研究了H₂O₂络合修饰后铈钨钛复合氧化物的催化脱硝机理.结果表明：H₂O₂络合修饰可增强铈钨钛复合氧化物表面Brønsted酸位强度,提高其表面NH₃低温吸附和中低温NH₃-SCR脱硝性能,400℃时其NO_x催化脱除频率TOF高达0.658s^-1;NH₃和NO_x在H₂O₂络合修饰后铈钨钛复合氧化物表面存在竞争吸附,其表面催化脱硝反应主要为吸附态NH₃、NH₂和NH₄⁺与气态NO+O₂的反应,其低温NH₃-SCR反应机理遵循Eley-Rideal（E-R）机理.     

Mn1-yNiyOx的制备及其催化燃烧甲苯性能的研究

通过水热共沉淀法制备了Mn_1-yNi_yO_x复合氧化物催化剂(y=0.1~0.5),考察掺杂Ni对Mn基氧化物在甲苯燃烧中的影响,在获得最优锰镍比例后,对其热稳定性与耐久性进行测试,然后通过XRD、N₂吸脱附、SEM、H₂-TPR以及XPS对其物理结构和氧化还原性能进行表征.结果表明,Mn和Ni在甲苯吸附和活化中产生相互作用,生成更多的Mn⁴⁺以及表面吸附氧,提供大量的反应活性位点,增强了催化氧化性能.Mn_0.8Ni_0.2O_x在甲苯催化燃烧中表现出的催化性能最好,其热稳定性与耐久性也表现优异,与MnO_x在甲苯催化燃烧中相比,其T₅₀、T₉₀分别下降12和11 ℃,在238℃即可将甲苯完全氧化,并且碳平衡值约为99%,无二次污染产生,该研究成果可为挥发性有机化合物(VOCs)催化燃烧提供更好的方式和材料.     

MCM-41孔径对负载MnOx催化氧化甲苯性能的影响

以3种不同孔径的介孔分子筛MCM-41（2.66、4.24和4.64 nm）为载体,采用等体积浸渍法制备MnO_x/MCM-41,考察了其催化氧化甲苯的活性,并用XRD、TEM、H₂-TPR、O₂-TPD和XPS等手段对催化剂进行表征.结果表明,增大载体孔径改变了锰元素的价态分布,提高了Mn³⁺和表面吸附氧的含量,使得催化剂的氧化还原性和晶格氧流动性也有所提升.因此,载体孔径从2.66 nm增大至4.64 nm后,MnO_x/MCM-41催化氧化甲苯的T90(体积空速=21200 h^-1)从369℃降至335℃.此外,还利用FTIR分析了甲苯的降解途径：甲苯先被活化脱氢,形成苯甲基,被吸附于催化剂表面;然后苯甲基被氧化为苯甲醇、苯甲醛和苯甲酸,随后苯环被破坏,苯甲酸裂解为马来酸、羧酸和甲酸等物质;最后被完全氧化为水和二氧化碳.     

As2O3与Cu-ZSM-5催化剂的相互作用机理

基于密度泛函理论计算了NO和As₂O₃在Cu-ZSM-5表面的吸附性能.通过确立As₂O₃在Cu-ZSM-5表面的最佳吸附位点,对As³⁺在其活性位点吸附的反应路径进行研究,计算As在催化剂上的吸附反应活化能垒和决速步骤,揭示As₂O₃与活性位点Cu-O-Cu的成键机制和相互作用机理.结果表明,NO和As₂O₃都以非氧端吸附在Cu-ZSM-5活性位点Cu-O-Cu的晶格氧位,吸附能分别为-218.515kJ/mol和-206.422kJ/mol,吸附过程中有电荷转移且发生了强烈的相互作用.As₂O₃在Cu-ZSM-5活性位点Cu-O-Cu的晶格氧上的氧化过程分两步进行,As³⁺作为Lewis碱与Lewis酸中心的Cu-O-Cu发生非均相氧化反应,第一阶段的氧化产物As₂O₄在相邻的活...     

La1-xKxMnO3催化剂同时消除柴油机尾气中NO和碳烟性能

采用溶剂热法制备La_1-xK_xMnO₃(x=0, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25)钙钛矿型复合金属氧化物催化剂;通过XRD、FT-IR、SEM、H₂-TPR、XPS、NO-TPD等手段对催化剂的物相组成、表面形貌、氧化还原性能等进行了表征;在常压固定床微型反应装置中评价催化剂同时消除NO和碳烟催化性能.结果表明,制备的La_1-xK_xMnO₃催化剂均具有钙钛矿结构;K部分取代La-Mn钙钛矿结构中La后,颗粒结构得以改善,部分Mn³⁺价态升高为Mn⁴⁺,形成较多氧空位和Mn⁴⁺,提高氧化还原性能和吸附NO性能.活性评价结果表明,La_0.80K_0.20MnO₃催化剂表现出较好的同时消除NO和碳烟催化性能,NO最大转化率(Xmax NO)和对应反应温度(Tmax NO)分别为46.5%和436℃,碳烟起燃温度(T_ig)、CO₂浓度峰值温度(Tmax CO₂)和生成CO₂选择性(Smax CO₂)分别为341℃、454℃和98.8%.     

Mo-Mn/TiO2催化剂的协同脱硝脱汞特性

采用浸渍法制备Mo-Mn/TiO₂催化剂,研究了反应温度、HCl和SO₂对其模拟烟气协同脱硝脱汞活性的影响.研究表明,过高的反应温度不利于汞的脱除过程,过低的温度则抑制脱硝反应的顺利进行,但在200℃时可兼具最优的脱硝和脱汞效率;HCl的加入促进汞的高效氧化,却明显降低催化剂对NO的转化;而烟气中SO₂的存在对催化剂的脱硝和脱汞过程均起到抑制作用.利用XRD、H₂-TPR和XPS等表征手段对硫中毒反应前后的催化剂进行了研究.结果表明,硫酸盐在催化剂表面的不断沉积和活性组分Mn⁴⁺及化学吸附氧O_α的消耗乃是致使催化剂失活的主要原因;另外,SO₂与NH₃和Hg⁰对催化剂表面活性位点的竞争吸附,也严重抑制催化剂的脱硝和脱汞反应.Mo-Mn/TiO₂的脱硝过程是通过Mn价态之间的相互转化来完成的,其中元素Mo和O₂是其转化得以实现的助剂;Mo-Mn/TiO₂对汞的脱除以催化氧化为主,金属氧化物中的晶格氧将Hg⁰转化为HgO而被脱除.     

不同合成法对Ce-MnOx选择性催化氧化NH3性能的影响

分别采用水热法和浸渍法2种合成方法制备了Ce-MnO_x催化剂,应用于氨的选择性催化氧化。实验结果表明:水热法制备的Ce-MnO_x具有更高的催化氧化NH₃活性,其中,在反应温度为200℃时,Ce(5)-MnO_x(HY)具有98%的NH₃转化率及91%的N₂选择性。XRD、BET、Raman、XPS、SEM、H₂-TPR等方法对催化剂的表征结果表明,水热法合成的Ce-MnO_x具有更大的比表面积(94.37 m2/g),其优异的催化活性归因于表面丰富的Mn4+和Ce3+、大量的化学吸附氧、丰富的活性位点、Mn和Ce间的相互作用等。In-situ DRIFTS分析表明,催化剂表面吸附态的NH₃经过脱氢作用生成—NH₂、—NH中间体,其中,—NH与原子氧结合生成的—HNO能被O₂快速氧化形成NO,NO再与—NH₂继续反应生成N₂和H₂O。研究可为锰基催化剂在低温氨氧化及选择性方面的研究提供重要参考。     

Ni改性对稀土尾矿NH3-SCR脱硝性能的影响

采用水热法制备不同比例Ni改性稀土尾矿催化剂,通过XRD、BET、H₂-TPR、NH₃-TPD和XPS等表征手段分析Ni改性对催化剂性能的影响.结果表明,Ni改性可明显提升稀土尾矿催化剂NO_x转化率,6%Ni/稀土尾矿催化剂的NO_x转化率在300℃时达到85%,N2选择性在250～300℃的温度范围内可达到76%以上.改性后催化剂中生成了分散性较好的Ni Fe₂O₄物质,比表面积增至75.12m²/g,催化剂的酸性位点增加,有利于催化剂表面吸附更多的氨气,Ni离子起到传递电子的作用,使得Fe²⁺转化为Fe³⁺,Fe元素化学价态升高,铁离子最外层电子的不稳定性增加,氧化能力增强,有助于催化剂表面氨吸附物种的活化,有利于脱硝反应的进行.     

VPO/TiO2催化剂表面酸性位调控及低温NH3-SCR脱硝性能研究

采用HCl调控负载型钒磷氧(VPO/TiO₂)催化剂的表面酸性,用于研究VPO/TiO₂催化剂的NH₃-SCR脱硝性能.结果表明:在HCl/V物质的量比为3～5:1范围内,催化剂的脱硝活性最高,当反应温度达到200℃时脱硝效率接近100%.表征结果表明:HCl的添加能提高催化剂的结晶度,HCl的调控使得VPO/TiO₂催化剂的比表面积略有增加.同时,也使得VPO/TiO₂催化剂中活性组分V⁴⁺的量从38%逐渐升高至46%,提高了催化剂的氧化还原性能.此外,不同HCl/V物质的量比的催化剂中化学吸附氧的相对含量随着HCl加入量的增加而提高.吡啶红外测试结果显示:HCl能影响催化剂酸性位点,HCl/V物质的量比=5的催化剂Lewis酸含量最高,总酸量为0.84×10^-4mol/g.数据拟合进一步表明,所有VPO/TiO₂催化剂的低温脱硝活性均与弱Lewis酸量呈正相关(相关系数>0.9),与活性测试相吻合.     

FeSAPO-34和CuFeSAPO-34分子筛的可控制备、表征及其低温NH3-SCR活性

采用一锅水热法制备了一系列不同铁前驱体的FeSAPO-34分子筛催化剂和元素掺杂的分子筛催化剂,考察了铁源和元素掺杂对分子筛催化剂的可控合成和低温催化还原NO_x性能的影响,并采用ICP、XRD、FESEM、BET、H2-TPR、XPS、NH₃-TPD、EPR及UV-Vis DRS等表征技术进行分析.活性结果表明,不同铁前驱体对所制备的FeSAPO-34分子筛催化剂的可控合成产生较大影响且对应分子筛催化剂的NH₃-SCR活性也存在较大差别.3种分子筛催化剂的低温活性顺序为：Fe_0.1SAPO-34-C>Fe_0.1SAPO-34-S>Fe_0.1SAPO-34-N. Cu掺杂的Cu_0.01Fe_0.1SAPO-34催化剂在200℃时NO_x转化率即可达82%,这反映出Cu掺杂能大大提高分子筛催化剂的低温选择性催化还原（SCR）活性.表征结果表明,不同铁源导致所制备催化剂的晶相结构、Fe物种...     

CuO-WO3/TiO2催化剂制备方法对NH3-SCR脱硝性能的影响

分别采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备xCuO-yWO₃/TiO₂催化剂(x,y分别代表样品中ω(CuO)和ω(WO₃)),并在微型固定床反应器中对制备的xCuO-yWO₃/TiO₂催化剂进行选择性催化还原脱硝(NH₃-SCR)性能评价。结果表明:采用溶胶-凝胶法制备的2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂具有较好的脱硝性能,在250~350 ℃,NO_x转化率达到90%以上,相较于浸渍法制备的2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂活性明显提高。并采用BET、XRD、H₂-TPR、NH₃-TPD和XPS等表征手段对制备的催化剂进一步表征分析,结果表明:通过溶胶-凝胶法制备2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂的比表面积和表面化学吸附氧明显提高,且还原能力和酸性增强,对NH₃的吸附能力亦有所提高,因此溶胶-凝胶法制备的2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂表现出较好的NH₃-SCR脱硝性能。     

γ-Fe2O3抗As2O3中毒能力的分子模拟

采用密度泛函理论研究了γ-Fe₂O₃表面As₂O₃的吸附以及掺杂改性提高抗As₂O₃中毒性能的作用机理.计算了As₂O₃在完整以及O缺陷γ-Fe₂O₃（001）表面的吸附性能,包括吸附位点、吸附结构、吸附能、PDOS等.同时建立了Mo、Ti、Mg掺杂的γ-Fe₂O₃模型,探讨了助剂掺杂对抗砷中毒能力的作用机制,并考虑了掺杂量的影响.结果表明：As₂O₃倾向于以O端化学吸附在γ-Fe₂O₃（001）表面Fe_oct位,吸附过程发生强烈的相互作用和电荷转移.当表面存在O缺陷时,As₂O₃的吸附能得到提高.Mo、Ti、Mg倾向于掺杂在Fe_oct位,增强了对As₂O₃的吸附能力,并且增大Mo的掺杂量可以强化As₂O₃的吸附.As₂O₃倾向于与活性较强的Mo、Ti、Mg发生反应,从而保护活性Fe位不受砷中毒,Ti和Mg的掺杂还抑制了相邻Fe位对As₂O₃的吸附.Mo、Ti、Mg的掺杂还促进了催化剂表面对NH₃的吸附,增强了表面酸性强度,有利于SCR反应.Mo、Ti、Mg原子的掺杂有利于提高γ-Fe₂O₃催化剂的抗砷中毒性能.     

DFT模拟VPO/TiO2催化剂表面NO和NH3吸附的研究

氮氧化物(NO_x)作为主要大气污染物之一，严重影响环境安全和人类健康。选择性催化还原法(NH₃-SCR)是目前脱除NO_x最有效的治理方法，尤其是低温SCR脱硝技术具有非常重要的应用前景和研究意义。研究表明VPO/TiO₂催化剂具有优异的低温SCR脱硝活性，本文通过DFT模拟NH₃和NO在V₂O₅和(VO)₂P₂O₇表面的吸附，对VPO催化剂的反应机理进行了微观层面上的研究。研究表明NH₃在V₄P₄O₂₂H₁₄团簇表面的Br?nsted酸和Lewis酸都发生稳定的化学吸附，在Br?nsted酸位点吸附更稳定，并且NH₃在催化剂表面吸附效果佳是因为N的2p轨道和O的2p、V的3d电子轨道能发生了杂化。NO在V₄P_...     

Ce改性钒磷氧催化剂的制备及其脱硝性能研究

采用Ce调控负载型钒磷氧（VPO/TiO₂）催化剂的表面酸性并与之形成密切相关的微观结构,研究催化剂VPO-Ce/TiO₂的脱硝性能.结果表明,当P/V为1/3、Ce/V为1/4、活性组分负载量10%、催化剂焙烧温度为400℃时,催化剂的脱硝活性最好,反应温度250~350℃范围内的脱硝率高于96.0%.BET测试结果表明,催化剂0.1VP（0.33）O-Ce（0.25）/TiO₂的比表面积为10.74m²/g,较0.1VP（0.33）O/TiO₂提高了约58.6%.0.1VP（0.33）O/TiO₂表面化学吸附氧（O_α）和晶格氧（O_β）的比例O_α/O_β为72%,掺杂Ce后O_α/O_β升高至85%,Ce掺杂还能促进相邻V⁵⁺和V⁴⁺的形成,提高催化剂的氧化还原性能.Ce掺杂对催化剂的表面酸性影响较大,当Ce/V为1/4时催化剂表面Brønsted酸最强,这与活性测试相吻合.控制烟气中SO₂和水蒸气的体积浓度分别为200×10^-6和4vol.%,催化剂的脱硝活性在150~300℃温度范围内最高下降约15.8%,当温度高于300℃时催化剂的脱硝活性几乎不下降,且反应后的催化剂表面无硫酸根生成,催化剂呈现出较强的抗SO₂和水蒸汽的性能.     

硫毒化NH3-SCR脱硝催化剂再生方式的构建及机制研究

以CeTi复合氧化物负载NH₄HSO₄(模拟SO₂毒化催化剂)为研究对象,并向其中掺杂Mo作为改性组分,研究了硫毒化催化剂的再生过程与机制.与热再生相比,冷等离子体在再生毒化后催化剂的过程中显现出独特的优势.通过对再生后催化剂的物理化学性质表征及优化再生气氛,确认了冷等离子再生催化剂的优点：不仅能够保持催化剂物相结构的稳定,还可促进催化剂表面NH₄HSO₄的低温分解和硫物种的脱附.虽然冷等离子体再生后的催化剂NH₃-SCR反应活性下降,但可通过纯O₂气氛中焙烧的方式,实现对催化剂物理化学性质的重构和催化活性的再生.通过此研究,初步建立了催化剂“毒化-再生-重构”的基本构效关系,为硫中毒NH₃-SCR脱硝催化剂的再生提供了可行性方案.     

铁锰基整体式催化剂催化燃烧甲苯和氯苯性能

对比了3种不同合成方法(等体积浸渍法、超声辅助浸渍法、氧化还原沉淀法)制备的铁锰复合过渡金属氧化物负载堇青石整体式催化剂,通过BET、SEM、XRD、H₂-TPR、XPS等表征手段分析了催化剂物理结构和化学性质.结果表明,氧化还原沉淀法负载的铁锰氧化物具有独特的片层状结构,暴露出较大的比表面积和较多的活性位点,其表面氧物种还原温度更低、Mn⁴⁺含量更高,增强了其催化燃烧性能.该催化剂对甲苯和氯苯表现出优异的催化性能,T₅₀分别为200℃和261℃,T₉₀分别为270℃和320℃,其热稳定性及耐久性也表现良好.     

助剂添加对CuO/TiO2催化剂NH3-SCO性能的影响研究

采用浸渍法制备了一系列CuO-MO_x/TiO₂ (M=W,Zr,La)催化剂用于NH3选择性催化氧化(NH₃-SCO),同时探究了SO₂中毒对NH₃氧化性能的影响.结果表明,过渡金属氧化物的添加使Cu/TiO₂催化剂NH₃转化率降低,但显著提高N₂选择性.其中,W0₃具有最好的促进效果,在300℃下催化剂N₂选择性提高了36%.通过H₂-TPR和NH₃-TPD表征发现,WO₃的添加增加了Cu/TiO₂催化剂表面酸性位点的数量,促进NH3的吸附,但降低催化剂氧化还原性能,抑制NH₃氧化为NO_x.经SO₂中毒处理后,CuO-MO_x/TiO₂催化剂N₂选择性进...