金属氧化物柴油车尾气脱硝催化剂的制备及酸位点调控

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柴油车排放尾气污染物形势非常严峻,其中氮氧化物(NOx)造成的的危害尤为明显。严格的柴油车尾气排放标准对控制技术提出了更高的要求,而NH3-SCR技术中的典型代表钒基催化剂以及分子筛催化剂均存在活性温度窗口窄以及需要加工成型、制作工艺繁琐等问题。因此,开发一种具有宽温度域的脱硝催化剂及其原位制备方法对于治理柴油车尾气污染具有重要意义。本文以商用钛网为基底,采用原位电沉积和水热法负载单组分金属氧化物(Ce O2、WO3、ZnO)。对样品脱硝性能以及具体影响机制进行了探索。研究发现,单组分样品脱硝效率不理想,但不同单组分催化剂的温度域有所不同。负载Ce O2的催化剂低温段(150~200°C)脱硝活性较好,负载WO3样品则表现出良好的中高温(>200°C)脱硝活性。结合后续的H2-TPR以及NH3-TPD检测,Ce O2具有更好的氧化还原能力,WO3具有更强的表面酸性。这分别可以解释低温段以及中高温段脱硝性能的提升。通过in situ DRIFTS分析催化剂脱硝反应机理,负载WO3样品SCR反应遵循Langmuir-Hinshelwood(L-H)反应机制。进一步地,将具有不同催化温度域的组分进行复合,制备了Ce O2-WO3、Ce O2-ZnO复合催化剂,考查双组分复合对脱硝效率的影响。电沉积20min的DCe(20)-W样品性能最优,在中高温度条件下脱硝效率>90%。对催化剂进行理化性质分析及机理探索发现,双组分催化剂的表面酸性增强是催化剂脱硝性能改善的主要原因,同时其SCR反应过程遵循Eley-Rideal(E-R)反应机制。
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