双金属MOF-74的制备及其CO还原NO反应催化性能的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wanganInsh888
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氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)作为重要的大气污染物,对生态环境和人类的健康产生了极大地危害。以CO为还原剂的选择性催化还原NO(CO-SCR)技术能够同时去除CO和NO两种大气污染物,使其转变为无害的CO2和N2,被认为是一种最具潜力且经济环保的脱硝技术,但是目前的脱硝效果并不能满足工业实际应用。虽然铂族金属(PGMs)催化剂被认为是最有效的CO催化还原NO催化剂,但是由于高成本、低储量、低温活性差等缺点限制了其在工业实际中的应用。金属有机骨架(MOFs)作为一种新型功能材料由于其巨大的比表面积、丰富的金属活性位点、可控的孔道结构被广泛应用在SCR反应中,并取得令人满意的脱硝效果。其中,MOF-74具有的独特无限网格结构可以稳定地包含不同金属离子,在同一晶格体系中对混合其他金属具有更强的容错性,这不仅提供了更多的活性组分,而且增强了不同金属间的协同作用。因此,开发具有低温(250℃以下)高效的双金属MOFs脱硝催化剂具有重要的意义。本文通过调控混合金属Ni/Mn和Ni/Ag的比例,制备了双金属NiMn-MOF-74和Ag-Ni-MOF-74催化剂,考察了不同金属比例对催化剂结构和SCR性能的影响,并通过一系列表征手段对催化剂的理化性质和反应机理进行探究。具体研究成果如下:(1)采用水热一步法制备了双金属Ni1-xMnx-MOF-74微米花催化剂,相较于单金属Ni-MOF-74催化剂,Mn的添加增大了催化剂比表面积并产生了大量的活性位点,诱导产生了更多的Lewis酸位点,同时增加了活性Mn4+和表面吸附氧的比例。Ni0.65Mn0.35-MOF-74催化剂的脱硝效率最高,在175-300℃温度区间内可达到100%的NO转化率,200℃时的N2选择性为100%,并且在225℃下具有良好的热稳定性和抗硫抗水性,能够长时间稳定在80%以上的NO去除率。通过In situ FT-IR探究了Ni0.65Mn0.35-MOF-74催化剂表面各物种的吸附转化过程,提出了双金属NiMn-MOF-74在CO-SCR反应中遵循L-H机理。(2)采用后合成修饰法制备了高分散性的Agx-Ni-MOF-74微米针状催化剂,相较于双金属NiMn-MOF-74催化剂,Agx-Ni-MOF-74催化剂的低温CO-SCR催化活性进一步增强,其中Ag1-Ni-MOF-74在80℃时有超过50%的NO转化率,并在200℃达到100%的NO转化率,引入Ag物种不仅增加了表面吸附氧和氧空位产生,而且也增加了催化剂的比表面积,提高了对NO和CO的吸附和活化能力,进而增强了催化剂的低温CO-SCR活性。
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