Fe对Mn/CeO2-TiO2催化剂低温NH3选择性催化还原NO的影响

以锰氧化物为活性组分,CeO2-TiO2为载体制备了Mn/CeO2-TiO2催化剂.考察了Fe的加入对Mn/CeO2-TiO2的低温NH3-SCR活性的影响.并采用BET比表面积,H2程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行了表征.活性结果表明,Fe的引入显著改善了Mn/CeO2-TiO2的NH3-SCR活性,催化剂在113～250℃之间表现出良好的NO去除效率.表征结果表明,Fe的引入促进了锰物种在CeO2-TiO2表面的分散,降低了Mn-Fe/CeO2-TiO2中锰物种的还原温度.XPS分析指出Mn-Fe/CeO2-TiO2表面Mn以+4价存在,而Fe主要以+3价的Fe2O3存在,且Fe与载体表面间存在强相互作用.     

锰基低温NH3-SCR脱硝催化剂的研究概述

氨气选择性催化还原技术(NH3-SCR)因利用NH3作为还原剂实现NOx的高效转化而受到广泛关注.虽然V2 O5-WO3(MoO3)/TiO2催化剂已经投入商业化应用,但为了满足更高和更复杂的实际性应用需求,特别是针对低温脱硝催化剂的开发仍然刺激着新型催化剂的发展.在诸多金属氧化物催化剂中,锰氧化物由于具有多变的阳离子价态、表面不稳定氧和优异的氧化还原性能,在低温NH3-SCR反应中展现出巨大的潜力.然而,目前锰基脱硝催化剂的效率仍受制于NOx的转化率、N2选择性、工作温度窗口以及失活物质(SO2和H2 O、碱/碱土金属、重金属等)的影响.因此,近年来研究者们主要针对以上四个方面致力于提高锰基低温催化剂的性能,并取得了丰硕的成果,在充分利用锰氧化物优势的前提下大幅提升了其在低温下的工作效率.除了研究单一锰氧化物的效率外,研究者们通过水热法、水浴法、浸渍法等多种合成方法将过渡金属和稀土金属两类元素用于锰氧化物的修饰,复合和掺杂修饰之后所得的多元金属氧化物解决以上四个方面问题的能力显著提升.此外,通过研究负载锰氧化物的不同基底材料,如TiO2、Al2 O3、碳材料和无机非金属矿物等,也可以实现催化剂的效率和稳定性的提高.同时,通过深入探究锰基低温催化剂的相关反应机制,包括"Langmuir-Hinshelwood"机制、"Eley-Rideal"机制和"Fast SCR"反应机制,能够对提升催化剂的效率做出理论指导.文中主要总结了近年来研究人员对提升锰基低温催化剂的工作效率而做出的努力,分别介绍了锰基催化剂的挑战、针对锰氧化物的调控和相关反应机理等,概述了锰基低温催化剂所面临的问题并做出了展望,以期为制备高效稳定和环境友好的低温脱硝催化剂提供参考.     

Mn基低温SCR脱硝催化剂的研究进展

催化剂是选择性催化还原(SCR)脱硝技术的核心,催化剂的低温活性主要受活性成分和载体的影响。Mn基脱硝催化剂已成为低温烟气脱硝领域的研究热点,其种类繁多,不同元素的掺杂和催化剂载体的选择对其脱硝活性和抗硫抗水性能影响较大。按催化剂载体的类型对Mn基低温脱硝催化剂进行综述,并展望了碳纳米管在用作Mn基低温脱硝催化剂载体的应用前景。     

SnO_x-CeO_2-MnO_x/球状活性炭催化剂低温选择性催化还原NO

制备了系列锡氧化物改性SnO_x-CeO_2-MnO_x/球状活性炭(SAC)催化剂,研究了锡氧化物对催化剂脱硝活性的影响机制,并结合N_2吸附、XRD、XPS和NH_3-TPD等技术对催化剂物理化学性质进行表征。结果表明,向CeO_2-M n Ox/SAC中添加适量SnO_x后明显降低催化剂在低温区80~120℃的脱硝活性,但在200~280℃温度范围内Sn/Mn摩尔比为0.25的SnO_x-CeO_2-MnO_x/SAC催化剂对NO的转化率高于95.8%。添加适量Sn O2不仅不影响锰氧化物在载体表面的高分散性,而且可以改善CeO_2分散性;添加SnO_2提高了催化剂表面酸性,尤其是增加了催化剂表面中强酸位,有利于促进NH_3的吸附和活化脱氢,从而提高SnO_x-CeO_2-MnO_x/SAC较高温区SCR活性。     

石墨烯基介孔锰铈氧化物催化剂:制备和低温催化还原NO

锰铈氧化物由于较强的氧化还原活性、优良的低温脱硝性能,已被广泛用于选择性催化还原(SCR)脱硝反应,但是锰铈氧化物存在活性组分易团聚、比表面积较低等问题,限制其催化剂活性的提高。本研究以介孔结构的石墨烯基SiO₂(G@SiO₂)纳米材料为模板,采用水热法制备了系列石墨烯基介孔锰铈氧化物(G@MnO_x-CeO₂)催化剂,并考察了该催化剂在低温下(100～300℃)的SCR脱硝性能。结果表明,与石墨烯基铈氧化物(G@CeO₂)相比,G@MnO_x-CeO₂催化剂具有较高脱硝活性。当Mn、Ce与模板G@SiO₂质量比分别为0.35、0.90时, G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂的脱硝活性最佳, 220℃下NO转化率达到最高(80%)。添加适量MnO_x,提高了G@MnO_x-CeO₂催化剂的比表面积、孔容,降低了催化剂的结晶度;并且MnO_x<...     

三聚氰胺海绵基高效柔性脱硝催化材料的合成及性能研究

采用两步水热法在三聚氰胺海绵碳泡沫基底(MF)上原位合成MnCo纳米阵列脱硝催化剂用于NH3选择性催化还原NOx,并研究了Co改性对Mn-MF低温性能的影响.结果表明:Co改性可以显著提高Mn-MF的低温活性、N2选择性以及抗水抗硫性能;Mn2 Co-MF催化剂具有相对最优的低温活性,在140～220℃温度区间内,其脱硝效率可达90％以上.此外,通过SEM、XRD、XPS和H2-TPR、NH3-TPD等不同表征手段探讨了Mn2 Co-MF催化剂的催化性能、氧化还原性能和结构之间的关系;Co的引入不仅可以增大催化剂的比表面积和孔容,而且还可以促进Mn2 Co-MF催化剂表面氧物种的富集,能够产生更多的酸性位点,提高催化剂的还原性,从而提高其活性.     

Mn、Fe和Cu氧化物在低温等离子体催化氧化甲苯体系中的活性比较

采用等体积浸渍法制备了MnOx/γ-Al2O3、FeOx/γ-Al2O3和CuOx/γ-Al2O3催化剂,测定了不同催化剂在低温等离子体场内分解甲苯的活性,用X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)技术对催化剂进行表征。结果表明催化剂分解甲苯的活性的顺序是MnOx/γ-Al2O3>FeOx/γ-Al2O3>CuOx/γ-Al2O3。催化剂分解臭氧的实验表明,不同催化活性组分对臭氧的催化分解性能顺序与对甲苯的分解性能顺序是一致的。MnOx/γ-Al2O3催化剂的Mn负载量对其催化活性有明显影响,Mn的含量为1%(质量分数)时,催化剂的活性最高,当能量密度为19J/L时,其对甲苯催化氧化的转化率接近100%。催化剂表征结果表明当Mn含量为1%(质量分数)时,氧化锰在载体γ-Al2O3上最接近单层分散量,此时活性组分与载体表面的相互结合力最强,在载体上有很好的分散性,从而表现出对甲苯分解的最好性能。     

Cum-Fen/Ti1-xSnxO2复合催化剂的脱硝性能及抗硫活性

采用共沉淀法制备Ti1-x Snx O2复合氧化物,浸渍负载质量分数10％的CuOx和FeOy活性组分,制备一系列Cum-Fen/Ti1-x Snx O2催化剂.探究不同Ti/Sn和Cu/Fe(物质的量比)对Cum-Fen/Ti1-x Snx O2催化剂的NH3-SCR反应活性的影响.研究结果表明,Ti0.67 Sn0.33 O2载体可促进活性组分CuOx和FeOy的相互作用.当Cu/Fe为3:1时,在300℃ 下NOx的转化率达到91.3％;向反应体系通入286 mg/m3 SO2反应3 h后,NOx的转化率仅下降2.6％.X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H2-TPR)、程序升温脱附(NH3-TPD和NOx-TPD)的表征表明,CuOx和FeOy之间存在相互作用,与单一的Cu/Ti0.67 Sn0.33 O2和Fe/Ti0.67 Sn0.33 O2对比,复合催化剂表面吸附氧浓度相对增加15％ ～33％,总酸量增大56％,从而提高了催化剂脱硝活性.     

生物源方铁锰矿吸附Cu（II）和Zn（II）的特性

利用从土壤中分离出来的Mn（II）氧化细菌Providencia sp. LLDRA6,制备和纯化生物锰氧化物。通过扫描电镜-能谱（SEM-EDS）、X射线衍射（XRD）、高分辨率透射电镜-选区电子衍射（HRTEM-SAED）、X射线光电子能谱（XPS）和比表面积测定（SSA）等手段,对生物锰氧化物进行了表征分析。研究结果表明：得到的生物锰氧化物是弱结晶的方铁锰矿（Mn2O3）,比表面积为5.740 m2/g;生物源Mn2O3对Cu（II）和Zn（II）具有较强的吸附能力,吸附最适pH均为6,吸附容量分别为89.889 mg/g和70.595 mg/g;生物源Mn2O3吸附Cu（II）和Zn（II）的动力行为均符合伪二级动力学模型,表明生物源Mn2O3吸附Cu（II）和Zn（II）的速率受化学吸附的控制;生物源Mn2O3对Cu（II）和Zn（II）的吸附均符合Langmuir等温吸附模型,表明吸附类型属于单分子层吸附。     

汽车尾气净化负载钯超微粒催化剂的研究

以复合稀土氧化物的γ-Al2O3为催化剂载体,将负载钯的超微粒子金属铁、钴、镍与γ-Fe2O3粉体混合成型焙烧制成催化刺.研究了复合稀土氧化物对γ-Al2O3表面积的影响,通过催化剂老化实验、丙烷化合物起燃温度检测和对模拟汽车尾气中丙烷、CO及NOx等物质的转化性能的研究,表明该型催化剂各性能较好.     

Ce-Zr-Mn-O固溶体作为甲烷燃烧过渡金属催化剂载体的研究

用溶胶凝胶法制备了不同锰含量的 Ce Zr Mn O固溶体,样品在老化前后均用 XRD、TPR表征,并测定其储氧性能。结果表明锰含量对该储氧材料(OSM)的储氧性能有很大的影响:样品的储氧量(OSC)老化前随着 Mn含量的增加而增加;老化后则先增加而后又降低,以 Mn含量 20%为最佳。以不同比例的OSM(含 20%锰)YSZ Al2O3 为载体制备了一系列Fe、Co、Mn三组分氧化物的整体式催化剂,考察了它们的甲烷催化燃烧活性。结果表明老化前后,Fe Co Mn/OSM YSZ Al2O3 (其中 OSM和 YSZ Al2O3质量比为1∶1)活性明显高于Fe Co Mn/YSZ Al2O3,且具有可与贵金属催化剂相比美的特性———较低的起燃温度、很窄的完全反应温度区间,同时兼有较好的热稳定性,有望成为实用的甲烷燃烧催化剂。     

四方相氧化锆基MnO_x-CeO_2负载型催化剂在低温NH_3-SCR中的应用

以纳米t-Zr O2为载体,用浸渍法制备出Mn Ox-Ce O2/t-Zr O2催化剂,考察了活性组分负载量、反应温度对催化剂NH3-SCR脱硝活性的影响,脱硝活性测试结果显示,在低温脱硝温度范围,催化剂脱硝效率随反应温度和活性组分负载量的增加而增加。反应温度为100℃时,2.5%Mn Ox-Ce O2/t-Zr O2脱硝效率为68.1%,15%Mn Ox-Ce O2/t-Zr O2脱硝效率达97.4%。XRD、BET、TPR等表征测试结果表明,催化剂表面具有良好的氧化还原能力,表面织构对NH3-SCR脱硝反应有利;NH3-TPD测试显示,Mn Ox-Ce O2/t-Zr O2催化剂表面NH3主要吸附在Lewis酸性位成配位态NH3,与气态NO反应生产中间产物NH2NO,最后分解为N2和H2O。     

过渡金属、Zr、Ce三元SCR催化剂的制备和性能

制备了由过渡金属M(M=Cr、Mn、V、Fe、Cu、Co)与Zr、Ce氧化物组成的三元选择性催化还原(SCR)催化剂,用低温氮吸附(BET)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氨-程序升温脱附(NH3-TPD)、氢-程序升温还原(H2-TPR)等手段表征了样品的比表面和孔结构、晶体结构、元素价态、酸性位类型以及氧化还原能力,研究了催化剂的性能。结果表明,MnZr-Ce三元催化剂的低温(200℃)活性较好,但是高温(250℃)活性较差;Cr-Zr-Ce三元催化剂在低温和高温(100-300℃)下性能均比较稳定,V-Zr-Ce三元催化剂在低温(200℃)下性能较差,但是其高温(300℃左右)活性不断提高。研究了以上3种催化剂的耐硫性,并结合测试结果解释和分析了上述实验现象。     

不同形貌Mn_2O_3的制备及其催化氧化氯苯性能的研究

采用牺牲模板法和水热法制备了3种形貌Mn2O3(核壳球、空心立方体、纳米棒),使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对其进行表征,结果表明,不同形貌Mn2O3具有相同的晶体结构。在此基础上,研究了这3种Mn2O3对氯苯的催化活性。活性测试结果表明,不同形貌Mn2O3对氯苯的催化性能有显著差异,其活性顺序为空心立方体核壳球纳米棒。H2-TPR和BET结果表明,不同形貌Mn2O3中氧物种的流动性及催化剂比表面积的相对大小是决定其催化性能的重要因素。     

Ce-MnO_x/TiO_2-ZrO_2低温选择催化还原NO活性和抗毒性研究

采用溶胶-凝胶法制备TiO_2-ZrO_2载体,以硝酸锰为前驱体采用柠檬酸溶液浸渍法制备Ce(n)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2复合催化剂。通过XRD、SEM-EDS、XPS等测试方法对催化剂的物化性能进行表征分析,并进行NH_3选择性催化还原NO实验,考察其在低温下的活性及抗水抗硫性能。结果表明,Ce-Mn氧化物和TiO_2-ZrO_2载体间发生了相互作用,后者结晶度发生变化。与MnO_x/TiO_2-ZrO_2比较,Ce(n)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2中Mn~(4+)的含量提高。Ce元素以Ce~(4+)、Ce~(3+)存在于Ce(n)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2中,在催化反应中能起到传递电子、离子和储氧的作用,提高催化剂的氧化还原能力,同时Ce元素的电离能和电负性要远小于Mn元素,优先于Mn发生化学反应,保护Mn元素的活性。Ce(0.2)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2的颗粒分散均匀、粒径达到20nm左右。制备的Ce(n)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2催化剂的低温活性和抗毒性都优于MnO_x/TiO_2-ZrO_2,其中Ce(0.2)-MnO_x/TiO_2-ZrO_2在80℃时脱硝效率为94%;100℃时脱硝效率达到100%,在同时通入5%H2O和100mg/m3 SO_2后,脱硝效率缓慢下降,反应210min降到85%后趋于稳定。     

Fe-Mn/TiO2低温NH3-SCR脱硝催化剂的SO2中毒机理

Fe-Mn/TiO₂低温脱硝催化剂具有较高的低温活性和热稳定性,但抗SO₂能力差,不能满足工业应用要求。目前对于SO₂中毒位点以及中毒机理仍不明确。通过浸渍法制备了Fe-Mn/Ti、Fe/Ti、Mn/Ti,并在SO₂或NH₃-SCR气氛下对催化剂进行预硫化,通过TPD、H2-TPR、XRD、FTIR、XPS等表征手段对预硫化前后的样品进行表征,发现Ti、Fe/Ti、Mn/Ti和Fe-Mn/Ti催化剂预硫化后,Ti均发生硫酸化。在NH₃-SCR气氛比在SO₂气氛下催化剂中毒更严重,Fe加入后与Mn形成复合氧化物,改变Mn的存在状态,抑制Mn的硫酸化,但并没能阻止Ti的硫酸化。因此催化剂的抗毒性不仅要防止活性组分中毒,也需要防止载体中毒。     

焙烧温度对Cu-Mn/γ-Al_2O_3催化剂催化氧化甲苯性能的影响

采用浸渍法合成了Cu-Mn/γ-Al2O3催化剂,通过XRD、BET、H2-TPR和XPS等方法对经不同温度(300~600℃)焙烧的催化剂进行表征,采用固定床管式反应装置考察了焙烧温度对催化剂催化氧化甲苯的影响,并讨论活性组分、表面Cu+/(Cu++Cu2+)和Mn4+/(Mn4++Mn3+)摩尔比值与催化剂活性的关系。结果发现,550℃焙烧温度的催化剂活性最好,氧化能力最强,其转化率为95%时对应的反应温度T95(286℃)最低,CO2的选择性达100%。在550℃焙烧时生成的Cu1.4Mn1.6O4新相以及催化剂表面中相对含量更高的Cu+和Mn4+是催化剂具有高活性的主要原因。     

纳米Au/Fe_2O_3-MO_x催化剂的制备及低温催化氧化CO的研究EI北大核心

用沉积-沉淀法制备了纳米Au/Fe2O3-MOx(M=La和Ce)系列催化剂,考察了催化剂对于CO的低温催化氧化性能,并通过XRD,BET和AAS等表征手段对催化剂进行了表征,分析了稀土氧化物的掺杂对Au/Fe2O3催化剂性能的影响。结果表明:CeO2的加入能够有效提高Au/Fe2O3催化剂的催化活性,而La2O3的加入对催化剂性能没有明显的影响。     

铈基稀土催化材料在大气污染治理中的研究进展

稀土氧化物,尤其是镧、铈等轻稀土元素的氧化物,被广泛应用于催化领域。围绕以CeO_2为代表的稀土催化材料在大气污染治理中的作用进行综述,并详细介绍了铈基稀土催化材料在机动车尾气净化、烟气脱硝、挥发性有机污染物催化燃烧等领域的最新研究进展。在汽油车尾气净化方面,如何进一步提高CeO_2基复合氧化物自身的稳定性,同时提高活性金属的利用效率、延长催化剂使用寿命是研究重点;在柴油车氮氧化物和颗粒物的排放控制方面,通过成分调控,利用稀土氧化物特别是CeO_2提高催化剂的低温活性、抗中毒性和水热稳定性等是研究热点;在固定源烟气脱硝方面,稀土氧化物尤其是氧化铈基脱硝催化剂具有高效、无毒、无二次污染等特点,可逐步替代高毒的钒钛系,实现环境友好;在挥发性有机物催化燃烧方面,CeO_2催化材料也已被实验证明具有良好的催化氧化能力。旨在为促进本领域的研究者更清楚地了解铈基稀土催化材料在大气污染治理中所发挥的作用及应用潜力,同时为科学地设计和应用下一代高性能催化材料提供参考。     

稀燃汽车尾气中NO催化氧化催化剂研究进展

NO是稀燃汽车尾气中的主要污染物,关于稀燃条件下NOx的消除是当前环境催化研究的热点。从NO催化氧化为NO2在选择性催化还原(SCR)、存储还原(NSR)以及颗粒物捕集器(DPF)中起着重要的作用出发,重点综述了NO催化氧化催化剂,包括贵金属催化剂、负载型催化剂、复合金属氧化物催化剂等,以及H2O、SO2对催化剂活性的影响,并提出NO催化氧化研究存在的问题,并指出了发展方向。