WO3改性CeO2-TiO2催化剂的低温NH3-NO/NO2 SCR活性和机理研究

• 作者: 曹丽 汪家道 翁端 翁鼎 陈磊
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: NH3-NO/NO2选择催化还原 CeWTi催化剂 表面酸性 NH4NO3 反应机理
• 年，卷（期）: 2018,（11）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 1804-1813
• 页数: 10页
• 字数: 1439字
• 语种: 中文
• DOI: 10.1016/S1872-2067(18)63129-8

摘要

在铈钛基NH3-SCR催化材料中,改性元素对催化材料的酸性位和氧化还原性能的影响较大.本文采用过量浸渍法分别制备了CeO2-TiO2(CeTi)和CeO2/WO3-TiO2(CeWTi)催化剂,研究了CeWTi催化材料结构、酸性位及氧化还原性能对NH3-NO/NO2 SCR反应性能的影响.结果发现,CeTi和CeWTi样品均有较优异的NH3-NO/NO2 SCR催化性能,后者略高.WO3的加入增加了催化材料的表面酸性,对其氧化还原性能影响不大.通过对反应中间物种NH4NO3的研究,发现NH4NO3的分解主要与氧化还原性能相关,而NO还原NH4NO3的反应需要氧化还原能力和酸性位共同作用,即在氧化还原性能差异不大的条件下,酸性对该反应起到重要作用.而该反应也是NH3-NO/NO2 SCR的限速步骤,这是CeWTi催化材料活性高于CeTi催化材料的原因.同时,为了获得NH3-NO/NO2 SCR反应的高活性,NO2:NO比例宜为1:1.然而现实情况中,预氧化催化材料的氧化活性、NOx浓度、温度等变量使得准确控制NO2的比例较难,因此,深入了解NO2浓度对NH3–NO/NO2 SCR反应的影响至关重要.本文探讨NO2:NO的比例、O2浓度等对NH3-NO/NO2 SCR反应性能的影响;并研究了不同NO2含量条件下NH3-NO/NO2 SCR反应网络.通过分析CeWTi材料上NH3-NO/NO2 SCR反应网络可知,当NO与NO2比例为1:1时,NH3-SCR催化活性最高,并以快速SCR形式进行;当NO与NO2比例为1:1消耗完全之后,剩余的NO或NO2各自独立以标准或慢速SCR进行,不影响其本来的反应活性.催化材料的标准SCR、快速SCR和慢速SCR均取决于材料表面酸度和氧化还原性能,但快速SCR和慢速SCR对材料这两方面性能的要求相对较低.同时O2并不参与快速和慢速SCR,而NO2可以取代O2作为SCR反应中主要的氧化剂,氧化Ce4+为Ce3+,甚至比O2和NO再氧化活性位的能力更强,保持催化材料的高催化活性.低温条件时,慢速SCR和快速SCR反应均在材料表面生成硝酸铵中间物种,但由于慢速SCR气氛中缺乏NO将硝酸铵还原,进而引发快速SCR反应,因此材料表面快速SCR的NOx转化率要高于慢速SCR反应;高温条件下,由于硝酸铵容易热分解,导致硝酸铵的抑制效应不太明显.NH4NO3分解是NO2含量升高后N2O的形成的主要途径.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	汪家道	清华大学机械工程学院摩擦学国家重点实验室	67	909	16.0	28.0
2	翁端	清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室	83	1649	21.0	38.0
3	陈磊	清华大学机械工程学院摩擦学国家重点实验室	67	996	16.0	30.0
4	曹丽	清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室	17	103	7.0	9.0
5	翁鼎	清华大学机械工程学院摩擦学国家重点实验室	1	7	1.0	1.0