李军
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贾莉伟
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金炜阳
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夏峰
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王家明
稀有金属材料与工程
用标准的离子交换法制备了Fe/Beta分子筛SCR催化剂,并将其涂覆在蜂窝陶瓷载体上进行氮氧化物转化率的性能评价.分子筛和Ce掺杂分子筛的结构采用如电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES),低温N2吸附,X射线衍射(XRD)仪,扫描电子显微镜(SEM),NH3程序升温脱附(NH3-TPD)和H2程序升温还原(H2-TPR)等进行表征.结果表明,不论催化剂是在新鲜状态还是经过水热/硫老化后,采用更好的沸石结构的Fe-Beta分子筛结构及铈掺杂的催化剂都具有更宽的NOx转化温度窗口.由实验结果可知,较大的比表面积、均匀的小颗粒分子筛、规则的沸石骨架以及表面分散的不饱和的Ce4+对NH-3-SCR的性能均有促进作用.
关键词:
铈掺杂
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Fe/Beta
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氨气选择性催化还原
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分子筛结构
管斌
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林赫
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程琪
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黄震
工程热物理学报
为研究低温等离子体协同NH3-SCR去除柴油机NOx 的性能与相关影响因素,实验研究了单独NH3-SCR,单独低温等离子体以及低温等离子体协同NH3-SCR三种系统下NOx的去除效率,并考察了反应温度、NO2/NO比值、O2浓度、C3H6浓度、放电能量密度等因素对各系统去除NOx的影响.实验结果表明:在合适的O2浓度下,低温等离子体可以有效将NO部分氧化为NO2,但过多的能量密度输入会导致副产物的大量生成同时造成能量消耗过多;提高NO2的量对于低温工况下大幅度提高SCR还原NOx 效率有重要意义,当NO2/NO=1时,NH3-SCR在各温度下NO二转化效率达到最高,继续增大NO2的比例,NOx的转化效率又趋于下降.利用低温等离子体辅助NH3-SCR的协同作用可以大幅度提高低温工况下NH3-SCR的NOx转化效率.
关键词:
低温等离子体
,
放电能量密度
,
氨气选择性催化还原
,
协同作用
张亚平
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王龙飞
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李娟
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张会岩
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徐海涛
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肖睿
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杨林军
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62510-X
商业选择性催化还原(SCR)催化剂成分主要有 V2O5, WO3和 TiO2,但适用温度窗口较窄(300?400℃),使得实际操作过程中活性较低.目前,过渡金属广泛应用于催化剂制备中以提高其催化活性.相比于纯 TiO2和 ZrO2载体, TiO2-ZrO2具有较高的热稳定性以及较多的酸位,虽然有关 TiO2-ZrO2为载体的催化剂研究较多,但未与商业催化剂进行对比研究.而针对 NH3-SCR脱硝机理的实验研究也存在一些争议,主要原因归为以下两方面：(1)多数催化剂不同会直接导致催化剂的活性酸位不同；(2)不同 NH3-SCR脱硝催化剂的起活温度不同.同时, NH3和 NO在反应温度的吸附情况仍需要进一步研究.因此,有必要深入探究 NH3-SCR脱硝机理,以解决现行研究中存在的问题.本文首先采用共沉淀法制备摩尔比为1：1的 TiO2-ZrO2固溶体,并分步浸渍不同质量比的 WO3和1%V2O5,最终得到一系列1%V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2.然后通过 X射线衍射(XRD)和比表面积测试(BET)、程序升温还原(TPR)、原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)研究了 WO3和 ZrO2对催化性能的影响以及 V2O5-WO3/TiO2-ZrO2催化剂的反应机理. N2物理吸附结果表明, WO3的添加使得催化剂孔结构的热稳定性有所提高,同时随着 WO3含量增加催化剂的比表面积逐渐减小,但仍高于 V2O5/TiO2-ZrO2催化剂； ZrO2对催化剂比表面积增大效果比较明显.结合 XRD结果表明, WO3能促进金属氧化物在载体上的分散；相比于 V2O5-WO3/TiO2催化剂, ZrO2有利于活性组分的分散负载.比较系列 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2的氨吸附情况,发现 WO3的添加增加了 Br?nsted酸的稳定性,其中以9%WO3的效果最显著.催化剂氨吸附中间物种(–NH2)的发现,证实了 WO3添加促进了 NH3的活化,有利于脱硝反应的进行. SCR反应结果显示, V2O5-9%WO3/TiO2-ZrO2催化剂在300–450oC时 NOx转化效率最优,并发现 O2的存在促进了 NOx的转化.采用in situ DRIFTS研究了 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂脱硝机理,300和350oC时 NH3, NO, NO + O2吸附情况表明,在真实的反应温度下,脱硝过程中的活性中心为 Lewis酸中心, Br?nsted酸中心的 NH4+极易从催化剂表面脱附,无法吸附在催化剂表面,且与 NH3相比, NO只能以 NO2的形式弱吸附在催化剂表面.因此,该催化剂遵循 Eley-Ridel脱硝机理.而 V2O5-9%WO3/TiO2-ZrO2催化剂具有相对较高的脱硝效率,因此用来着重研究 NH3-SCR机理.在 NH3吸附过程中, NH3(1204,1602,3156,3264,3347 cm?1)和活性中产物 NH2(1550 cm?1)在催化剂表面的吸附(恒温300oC)是稳定的；随后通入 NO + O2时, NH3吸附过程中的所有吸收峰(包括 NH2)均逐渐减小(NH3吸附态与 NO结合后分解为 N2和 H2O),同时出现 H2O的振动峰,这证明了 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂的脱硝反应过程.各类气体吸附情况表明, NO在商业催化剂的吸附状态与 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂相同；但 NH3吸附结果表明, Br?nsted酸中心和 Lewis酸中心都是催化剂的活性中心； NO + O2的通入使得催化剂表面的 NH3和 NH4+都逐渐消失.这两种催化剂脱硝反应过程差异主要在于催化剂表面活性中心的不同,导致了不同的 NOx脱除路径.通过in situ DRIFTS比较 O2的存在对脱硝反应产生的不同影响来确定 O2的作用.两类催化剂上 O2均参与了 H2O的形成,促进了催化反应的完成；当 O2不存在时, NO的还原受到了极大地抑制,同时也未出现 H2O；两者的脱硝效率大大降低. H2-TPR和 NH3-TPR结果进一步证实 O2的作用主要是氧化 NO及参与催化过程 H2O的形成.
关键词:
二氧化锆
,
三氧化钨
,
氨气选择性催化还原
,
原位漫反射红外
,
反应机理
