银铝催化剂上丙烯选择性还原氮氧化物研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HongJuZhang
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氮氧化物能引起酸雨和光化学烟雾等一系列环境污染问题,是大气的主要污染物。烃类选择性催化还原技术(HC-SCR)是脱除移动源NOx的有效方法之一。迄今,许多研究者发现多种催化剂能在富氧条件下促进氮氧化物的还原,其中Ag/Al2O3催化剂因其活性适中而备受关注。但其低温反应活性和抗SO2性能尚有待提高。针对以上问题,本文使用Ag/Al2O3催化剂,对该催化剂体系应用于C3H6-SCR性能进行比较系统的研究。首先对Ag/Al2O3催化剂进行改性,研究结果表明TiO2的掺杂对银铝催化剂活性有较大影响,350℃下NOx的转化率由21.5%提升到60%左右。一方面TiO2引入后与Al2O3存在着较强的相互作用,有利于催化剂活性组分在载体表面高度分散从而提高在低温下银铝催化剂对NO的吸附能力,另一方面TiO2不仅能增加催化剂表面银活性位和晶格氧浓度,而且能提高表面弱L酸,促进丙烯在催化剂表面的吸附和活化。在此研究基础上对掺杂TiO2前后的银铝催化剂进行原位红外分析,结果表明丙烯在银铝催化剂表面吸附和活化形成乙酸盐和烯醇类物种,这些物种均能参与SCR反应,其中与+1价Ag结合的烯醇类物种对NCO的形成起到重要作用,该物种反应活性优于乙酸盐物种。TiO2的引入能促进乙酸盐和烯醇类物种的形成。较低的银活性位浓度抑制了烯醇类物种的形成,这是掺杂前银铝催化剂中低温活性较低的重要原因之一。Ag/Al2O3和Ag/TiO2-Al2O3催化剂应用于丙烯选择性还原NOx反应存在两条反应途径:一是典型的硝酸盐物种与乙酸盐物种相互作用生成NCO物种,最后NCO在表面硝酸盐或NO+O2作用下生成N2与CO2;另一种反应途径则是丙烯首先在催化剂表面氧化形成烯醇类物种,该物种与吸附态的NO氧化物种相互作用生成NCO物种。掺杂前后的银铝催化剂主要从第二种反应途径进行。最后,本文还系统地考察了SO2对Ag/Al2O3以及Ag/TiO2-Al2O3催化剂活性的影响,并对SO2中毒机制进行研究。结果表明SO2与NO在同一活性位上出现的竞争吸附以及活性组分Ag的硫酸化是Ag/Al2O3催化剂失活的重要原因;而掺杂TiO2后能促进NO在银铝催化剂表面的吸附并能减弱催化剂对SO2的吸附;另一方面TiO2的加入能在一定程度上抑制催化剂活性组分Ag硫酸化,从而提高催化剂抗硫性。
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