掺杂元素的氧化锰基低温NH3选择性还原氮氧化物催化剂研究进展

氨气选择性催化还原技术（NH₃-SCR）是控制氮氧化物排放的有效方法,但由于传统的氧化钒催化剂起活温度偏高,存在运行成本高等不足。近年来,开发具有低温活性的高效脱硝体系成为选择性催化还原技术的研究热点。其中,氧化锰催化剂是目前研究较为广泛的低温NH₃-SCR催化剂。综述了近年来国内外关于不同掺杂元素对氧化锰基低温催化剂催化性能影响的研究进展,阐述了掺杂Ce、Fe和其他元素的锰基催化剂的低温NH₃-SCR反应性能、反应机理、抗硫抗湿性能及其工业化应用前景,展望了氧化锰基低温NH₃-SCR催化剂未来的发展方向。     

氧化铈基NH3-SCR脱硝催化剂研究进展

氨气选择性催化还原技术（NH₃-SCR）是脱硝技术中的主要技术。综述了氧化铈基催化剂在NH₃-SCR反应中的研究进展,分析了不同载体、制备方法以及金属离子的掺杂改性等因素对催化剂活性和抗硫性的影响;对氧化铈基催化剂上NO、NH₃的活化机理以及反应机理进行了详细阐述。总结并展望了氧化铈基脱硝催化剂在NH₃-SCR反应中的发展方向。     

整体式Mn基低温脱硝催化剂研究

采样硝酸锰和乙酸锰两种Mn的前体制备以堇青石为基体的整体式脱硝催化剂,并进行了氨选择性催化还原NO反应(NH₃-SCR)和BET、XRD、XPS等表征。以硝酸锰为前体的催化剂具有更好的低温脱硝活性,在反应温度150～250℃的范围内,MnN/TiO₂/CC催化剂的脱硝率接近100%;而当反应温度超过250℃后,MnA/TiO₂/CC催化剂比MnN/TiO₂/CC催化剂具有更高的脱硝活性。表面Mn活性位和弱酸位多是MnN/TiO₂/CC催化剂低温SCR活性好的主要原因。     

过渡金属改性Ce-M-Ox(M=Cu,Co, Mn和Fe)催化剂在NH3-SCR反应研究

采用共沉淀法制备了CeO₂上负载不同过渡金属元素Ce-M(M=Fe、Mn、Cu、Co)催化剂,研究了不同金属负载对CeO₂基催化剂脱硝活性影响。CeO₂催化剂中加入适量的过渡金属可降低催化剂结晶度,提高催化剂的氧化还原性和表面酸性,从而影响催化剂在NH₃-SCR中的催化性能。Ce-Fe、Ce-Mn催化剂中Fe³⁺和Mn³⁺的大量存在可提高催化剂的Lewis和Br?nsted酸性位点,提升催化剂对NH₃的吸附与活化性能,从而提升其催化性能。Ce-Mn催化剂具有优越的低温活性,Ce-Fe展现了较好的中高温活性,这与其催化剂的表面酸性密切相关。     

低温NH3-SCR锰基催化剂的研究进展

低温NH₃-SCR消除NO_x是一种很有潜力的电厂烟气脱硝技术。该技术的核心为低温NH₃-SCR催化荆,当今研究开发低于200℃的低温NH₃-SCR催化剂仍是一大挑战,其中锰基催化剂由于良好的低温脱硝活性成为研究重点,本文就近年来国内外低温NH₃-SCR锰基催化剂的研究进展进行了综述。     

石墨烯复合载体催化剂在柴油车尾气NO脱除中的应用

氨气选择性催化还原法有利于柴油车尾气中NO的脱除,为适合柴油车尾气条件和温度,制备一种石墨烯和TiO₂复合载体的脱硝催化剂,通过NH3-SCR催化活性评价、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积与孔隙度分析仪(BET)和程序升温还原(H2-TPR)等表征得出以下结论：对于TiO₂载体催化剂,高含量的Ce有利于提高NH₃-SCR催化活性,并扩宽活性温度区间,活性组分Fe有利于其低温活性;对于石墨烯载体催化剂,活性组分Ce的催化活性更优越,但Fe更有利于高温活性;针对TiO₂和石墨烯复合载体脱硝催化剂,进一步扩宽了催化活性温度区间,改善催化剂反应过程中的粉化现象,但是催化活性略有下降,其中Fe0.1Ce0.4Ti/10%GR催化剂具有最优的NH₃-SCR活性,在220～450℃温度区间内NO转化率达到90%以上。     

炭基材料负载型低温NH3-SCR脱硝催化剂的研究进展

氮氧化物（NO _x ）是主要的大气污染物之一，对人体健康和生态环境造成了严重危害。低温选择性催化还原（SCR）技术是近年来烟气脱硝领域的主要研究方向。炭基材料具有较大的比表面积、发达的孔隙结构等特点，在SCR脱硝方面被广泛用作催化剂载体。本文综述了炭基材料包括活性炭（焦）、活性炭纤维、碳纳米管、石墨烯及碳包覆负载型催化剂在低温NH₃-SCR脱硝领域的研究成果与进展，阐述了表面官能团、反应条件及稀土元素等因素对炭基材料负载型催化剂脱硝性能的影响，并且讨论了炭基材料负载型催化剂的催化反应机理。指出采用多种手段改性催化剂，优化其中低温脱硝性能与稳定性，深入探究催化剂表面反应物种的吸附-活化行为和催化反应路径是炭基材料负载型低温NH₃-SCR催化剂研究的重点。     

Mn/ZIF-67复合催化剂低温协同催化还原NOx的研究

考察了溶剂热、浸渍-溶剂热法合成ZIF-67和Mn/ZIF-67催化剂的NH₃-SCR脱硝性能,结果发现,Mn和ZIF-67的相互作用不仅拓宽了Mn/ZIF-67催化剂的低温窗口,而且提高了其低温催化活性,该催化剂在100～200℃的脱硝效率大于98%。同时考察了煅烧时间和煅烧温度对Mn/ZIF-67催化剂脱硝活性的影响,得到最佳煅烧时间为3 h、煅烧温度为350℃。XRD、SEM、BET、NO_x-TPD、XPS、NH₃-TPD等表征结果表明,Mn/ZIF-67催化剂形成的CoMn₂O_4.5增大了催化剂的比表面积,产生的双金属协同效应增加了表面氧物种和活性酸位点,加速了NH₃、NO、NO₂反应气体的吸附,进而提高了催化剂的低温脱硝活性。     

铁基氨气选择性催化还原(NH3-SCR)催化剂性能的研究进展

氨气选择性催化还原(NH₃-SCR)技术被广泛应用于净化废气中的NO_x。介绍了多种以氧化铁作为主要活性成分的NH₃-SCR催化剂的性能以及掺杂改性金属对氧化铁的低温活性的影响。阐述了金属氧化物、碳基材料、沸石等载体材料对反应催化活性的影响并对比了不同载体的特点。在研究铁基催化剂表面NH₃-SCR反应和硫化中毒机理的基础上,对改良氧化铁催化剂以增强其抗硫能力的可行方案进行了探讨。     

Ce的掺杂对负载型催化剂LaMnO3/赤铁矿脱硝性能的影响

采用柠檬酸络合浸渍法,通过对A位离子进行掺杂或取代和调节Ce的掺杂量,制备了一系列的负载型催化剂La_1-xA_xMnO₃/赤铁矿（A=Ce、Co,x=0/0.1/0.2/0.3）,并将催化剂应用于固定床NH₃-SCR脱硝。采用XRD、BET、XRF、H₂-TPR、NH₃-TPD等表征手段对催化剂进行分析和表征。结果表明,Ce的掺杂提高了催化剂LaMnO₃/赤铁矿的低温脱硝效率和拓宽了催化剂的活性温度窗口,如La_0.8Ce_0.2MnO₃/赤铁矿催化剂,在180℃时,脱硝效率就高达98%,且在150～250℃温度区间的脱硝效率均在90%以上。结合表征分析证明,稀土元素Ce的适量掺杂,明显提高了LaMnO₃/赤铁矿催化剂的氧化还原能力和催化剂表面NH₃分子的吸附能力;稀土元素Ce的适量掺杂也改善了催化剂比表面积,也使活性物质高度分散在载体表面上。     

焙烧程序对一步合成Cu-SSZ-13催化剂NH3-SCR性能的影响

焙烧程序影响一步合成法制备Cu-SSZ-13催化剂中Cu物种的种类及分布,是影响催化剂在NH₃选择性催化还原（NH₃-SCR）氮氧化物反应中催化性能的重要因素。为研究焙烧程序对该方法制备Cu-SSZ-13催化剂性能的影响,采用不同的焙烧温度及升温速率制备Cu-SSZ-13催化剂,并考察各催化剂的催化活性、水热稳定性及活性物种形态。结果表明焙烧温度不改变催化剂的晶型结构,但影响催化剂的活性物种形态及稳定性。当焙烧温度为600℃时,催化剂中Cu物种全部为孤立的Cu²⁺,并具有极高的稳定性,催化剂具有最佳的活性及水热稳定性。固定焙烧温度为600℃,随升温速率的提高,催化剂活性及水热稳定性表现出下降趋势,考虑经济成本,最佳的升温速率应为1℃/min。因此,以1℃/min的升温速率升至600℃焙烧6h是一步合成法制备Cu-SSZ-13催化剂的最佳焙烧程序,所得催化剂具备优异的NH₃-SCR活性和水热稳定性。     

选择催化还原(SCR)反应机理研究进展

简述了NH₃和NO在催化剂表面吸附、转化活化和反应历程及H₂O和SO₂对以上反应行为的影响。分析表明,NH₃氧化脱氢进而与NO反应是决定NH₃反应性和最终产物的关键。NO以气态（Eley-Rideal机理）或硝基类物质等吸附态（Langmuir-Hinshelwood机理）形式参与选择催化还原（SCR）反应。提高催化剂酸性和氧化还原循环性能,利于NH₃和NO吸附和转化及相互间反应。高温时,H₂O影响轻微,而SO₂增强催化剂酸性,提高脱硝活性。低温时,H₂O和SO₂抑制NO吸附和转化活化,导致硫铵盐累积和活性位转变为硫酸盐使催化剂失活。因此,提高抗H₂O、抗SO₂性能是低温脱硝催化剂研发的重要方向。而发展在线升温等再生工艺以解决硝酸盐或含硫化合物导致的失活问题,对保障低温脱硝系统长期稳定运行具有重要意义。     

燃煤烟气低温NH3-SCR脱硝工艺中试

国内对于低温脱硝催化剂的研究主要集中在实验室的小试规模,对无钒低温NH₃-SCR蜂窝催化剂在燃煤烟气条件下的脱硝活性和中毒机理研究较少,无法完全反映出催化剂在真实烟气条件下的运行状况。本文采用自行设计的低温NH₃-SCR装置在石河子市某热电厂进行了中试研究,得到了该催化剂在实际烟气条件下的最佳工艺条件,并深入分析了实际烟气中复杂成分对低温脱硝催化剂的影响机理。研究结果表明：SO₂浓度低于35mg/m³、空速约为4200h^-1、烟气温度约为100℃、氨氮比约为1.2时催化剂的脱硝效率最佳;高浓度的SO₂会促进硫酸盐类的形成和催化剂活性组分的硫酸化,是催化剂活性降低的主要原因。环境友好型低温脱硝催化剂表现出优异的低温脱硝性能和抗硫性能;脱硝工艺改造方便;具有广阔的工业应用前景。     

Research advance in mechanism of low-temperature SCR of NO on carbon materials

简述了不同反应物组合在碳材料表面的行为特征,单组分NO可以形成吸附态的NO₂、二聚体(NO)₂、—NO₂或吡啶类的化合物;O₂存在时NO被吸附态的氧氧化成NO₂;NO、O₂和NH₃同时存在时,反应发生在吸附态的NH₃和吸附态的NO₂之间。着重详述了活性碳纤维（activated carbon fibers,ACF）催化剂上的选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）NO的机理为：低温时以NH₃为还原剂的SCR（NH₃-SCR）遵循Langmuir-Hinshelwood机理,较高温度时NH₃-SCR 遵循Eley-Rideal机理;分析指出了催化剂孔结构特征和表面化学官能团是ACF能低温选择性催化还原NO的主要影响因素。     

Fe改性Cu-SSZ-13的方法对催化剂NH3-SCR脱硝性能的影响

为了解决柴油车尾气中的NO_x污染环境的问题,分别用离子交换法（IE）、湿浸渍法（IWI）和固态离子交换法（SSIE）制备了3种Fe/Cu-SSZ-13分子筛催化剂,考察了其对NH₃选择性催化还原NO（NH₃-SCR）的催化性能,并运用XRD、BET、FTIR、UV-Vis DRS,H₂-TPR等方法对催化剂进行了表征。结果表明,经Fe改性Cu-SSZ-13后,催化剂有很好的抗高空速性能、较宽的温度窗口、很好的水热稳定性和更好的高温还原能力。制备方法对Fe/Cu-SSZ-13的脱硝活性影响不同,在150～400℃温度范围时,3种催化剂的SCR活性顺序为：Fe（5.5%）-IE >Fe（5.4%）-SSIE >Fe（5.5%）-IWI;然而高于400℃时,SCR活性顺序为：Fe（5.5%）-IE >Fe（5.5%）-IWI >Fe（5.4%）-SSIE。表征结果显示,3种方法制备的催化剂进行比较,离子交换法制备的Fe含量为5.5%的催化剂表现出最好的水热稳定性、最大的比表面积以及最好的催化活性,其在175～500℃内NO的转化率达到90%以上,因此Fe（5.5%）-IE是首选的NH₃-SCR催化剂。     

Ba、Co共掺MnOx复合氧化物低温选择性催化还原NO研究

利用柠檬酸络合法制备了一系列Ba、Co掺入MnO_x脱硝催化剂,研究了Ba、Co掺入对MnO_x低温NH₃-SCR性能的影响。测试结果表明：Ba单独掺入时抑制了MnO_x的催化性能,Co单独掺入时促进了MnO_x的催化性能;而当Ba、Co共掺时,催化剂性能出现了最大的提升,其中3BaMnCoO_x表现出了优异的脱硝活性,反应温度高于180℃时其脱硝性能在99%以上,且表现出了良好的抗水硫性能。采用XRD、SEM、NO-TPD、NH₃-TPD、H₂-TPR和NO吸附原位红外等表征手段对催化剂进行了表征。结果表明,Co掺杂后形成了MnCo₂O_4.5固溶体,赋予了催化剂优异的氧化还原性能;Ba掺杂为催化剂提供了新的NO吸附位点,导致了新的活性硝酸盐吸附物种形成,显著促进了催化剂的NO吸附性能。这些特性使得BaMnCoO_x低温脱硝催化剂展现出了优异的脱硝性能。     

锰基催化剂低温催化脱除NOx及CO研究进展

NO_x和CO作为需重点处理的污染物，随钢铁烧结等烟气排放标准进一步提高，传统的NH₃-SCR(NH₃选择性催化还原NO_x)脱硝技术存在明显不足，特别是烧结烟气排放温度低于钒基催化剂窗口温度，导致脱硝催化剂活性不足及生成的硫铵盐堵塞催化剂表面，对CO控制尚缺乏有效手段。因此开发低温催化剂成为脱除低温烟气中NO_x及CO的关键因素。对Mn基催化剂在脱除NO_x和CO方面进展进行论述，对比活性组分、制备方法、载体等方面对锰基低温催化剂催化活性的影响，详细介绍Cu、Ce等金属对于锰基催化剂改性的影响，分析了元素掺杂与催化性能的关系；在此基础上，对近年来CO还原NO技术的最新研究成果进行系统梳理和总结，着重探讨反应机理、O₂在反应中的作用机制，结果表明，Mn元素丰富的核外电子排布是其在脱除NO_x和CO中活性优异的根本原因，但目前研究成果多数仅处于实验室开发阶段，在实际烟气中缺乏大规模验证。最后，展望了Mn基催化剂未来的发展方向...     

MnO x -ZSM-5脱硝催化剂制备的溶剂效应研究

MnO _x -ZSM-5脱硝催化剂具有较好的低温氨选择性催化还原反应（NH₃-SCR）活性,因其原料成本低、脱硝效率高等优点成为研究热点。详细叙述了采用蒸干溶剂法、通过调变制备过程中溶剂组成（乙醇和水或其混合溶液）制备系列MnO _x -ZSM-5催化剂,并首次研究了“溶剂效应”对催化剂脱硝性能产生影响的原因。利用X射线衍射（XRD）、光电子能谱仪（XPS）、程序升温氨吸附法（NH₃-TPD）、N₂物理吸附、氢气程序升温还原（H₂-TPR）以及扫描电子显微镜（SEM）等表征手段分析了催化剂物化性质、锰存在状态与催化性能之间的相互关系。结果发现,随着溶剂中水分占比的提高,MnO _x -ZSM-5脱硝催化剂的比表面积降低,具有高催化活性的Mn⁴⁺物种比例迅速下降,这些原因均导致催化剂的脱硝活性逐步降低。说明溶剂组成会影响催化剂的脱硝性能,因此在制备MnO _x -ZSM-5脱硝催化剂时选取合适的溶剂是至关重要的,这为如何制备高活性的MnO _x -ZSM-5脱硝催化剂提供了重要信息。     

NH3-SCR脱硝催化剂现状及中毒失活现象研究进展

随着国家能源深度调峰的推进并降低锅炉负荷运行,发现锅炉出口烟温难以驱动选择性催化还原脱硝反应的问题,通过综述氨选择性催化还原反应（NH₃-SCR）催化剂在国内外的研究进展,发现单一贵金属催化剂温度窗口窄、易中毒和比表面积较小等问题影响了其催化活性,而复合的金属氧化物催化剂、新兴的生物炭催化剂和沸石催化剂具有多孔性和良好的稳定性等优点。催化剂脱硝机理可以简单表示为其表面的酸性位点吸附氨气和氧气并与之反应,催化剂的中毒原因可总结为其内部空隙被碱金属堵塞、金属氧化物被二氧化硫抢先反应和酸性位点被羟基覆盖,具体表现为催化剂的活性降低、吸附NH₃的效率下降。对比了商用催化剂和新兴催化剂的脱硝性能得出结论,未来的研究方向是研发耐硫、耐水、耐碱的低温高效脱硝催化剂。     

低温催化脱硝技术的研究进展

面对日益严重的环境问题,燃煤烟气催化脱硝技术得到了较快发展。针对目前应用较为广泛的选择性催化还原脱硝技术,本文从催化脱硝技术的机理出发综述了低温催化脱硝方面的研究进展,将低温催化脱硝技术分成两大类:低温氨法选择性催化还原脱硝技术和低温非氨法催化脱硝技术。在低温氨法选择性催化还原脱硝技中总结了金属氧化物催化剂、分子筛催化剂以及碳基催化剂等的反应机理和反应过程,揭示了影响脱硝效率的各种因素;低温非氨法催化脱硝技术中从反应方式出发,总结了NO_x催化裂解技术、HC-SCR技术、NO_x吸附-还原技术以及CO催化脱硝技术的研究进展,并对反应影响因素进行了综述。探索了各种催化剂的优势和不足之处:低温NH₃-SCR技术具有选择性高、效率高的特点但是其还原剂价格较贵且存储运输较为困难;低温非氨法催化脱硝技术选择性差、效率低,但是还原剂价格低廉、易于制备,且在工艺方面改进时可以达到要求的效率。在此基础上本文展望了未来低温催化脱硝的研究方向:在降低脱硝成本的情况下改善催化脱硝工艺,大力发展氮氧化物吸附还原等技术。