Pd/TiO2催化剂上氢气选择性催化还原NOx的研究

• 作者: 刘志明 张祎旸 曾慧 王智华 贾斌
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: 氮氧化物 氢气选择性催化还原 Pd/TiO2 原位漫反射红外光谱
• 年，卷（期）: 2019,（6）
• 所属期刊栏目: 目录里无-会议专栏
• 页码范围: 851-858
• 页数: 8页
• 字数: 1273字
• 语种: 中文
• DOI: S1872-2067(19)63297-3

摘要

氮氧化物(NOx)的控制是当前环境催化领域研究的热点. 氢气选择性催化还原NOx (H2-SCR)近年来引起研究者的高度关注. 在H2-SCR反应中, NOx可在较低的温度(100–300 °C)下被还原, 并且过量氢气会与氧气反应生成水, 不会导致二次污染. 研究表明, Pd基催化剂在H2-SCR反应中具有良好的活性, 并且其催化活性与Pd的化学价态密切相关, Pd0较Pd2+具有更高的催化活性. 鉴于Pd的化学价态与催化剂的制备方法密切相关, 本文通过浸渍法、沉积–沉淀法和聚乙二醇还原法分别制备了Pd/TiO2 (IM)、Pd/TiO2 (DP)和Pd/TiO2 (PR)催化剂, 研究了不同方法制得的Pd/TiO2催化剂对H2-SCR的催化性能. 实验结果表明, 与Pd/TiO2 (IM)和Pd/TiO2 (DP)相比, Pd/TiO2 (PR)催化剂的催化活性明显提高, 并且温度窗口显著拓宽. 为了揭示Pd/TiO2 (PR)催化剂具有高活性的原因, 对Pd/TiO2 (IM)、Pd/TiO2 (DP)和Pd/TiO2 (PR)催化剂进行了一系列分析表征. XRD分析表明, 在三种不同方法制备的Pd/TiO2催化剂上, 活性组分Pd高度分散在TiO2表面. TEM结果也证实了Pd高度分散在TiO2表面, 并且在Pd/TiO2 (PR)催化剂上, Pd颗粒粒径(1.02 nm)最小, 这可能是Pd/TiO2 (PR)催化剂具有高活性的原因之一. XPS分析表明, 在Pd/TiO2 (IM)和Pd/TiO2 (DP)催化剂中, Pd主要以Pd2+的形式存在; 而在Pd/TiO2 (PR)中, Pd则以Pd0的形式存在, 高分散的Pd0有利于H2-SCR反应的进行. 同时, Pd/TiO2 (PR)中表面吸附氧(Oα)含量明显高于Pd/TiO2 (IM)和Pd/TiO2 (DP), 较高含量的Oα能有效促进NOx的吸附与活化, 从而促进NOx还原反应的进行. 通过原位漫反射红外光谱(In-situ DRIFTS)分析发现, 与Pd/TiO2 (IM)催化剂上NO+O2稳态吸附的光谱相比, Pd/TiO2 (PR)催化剂上螯合亚硝酸根和单齿亚硝酸根的特征峰明显增强. 同时观测到Pd0上吸附的单齿亚硝酰基特征峰, 由此进一步证实在Pd/TiO2 (PR)催化剂中Pd以Pd0的形式存在. NO + O2 → H2 (或H2 + O2) → NO + O2瞬态吸附研究表明, Pd/TiO2 (PR)催化剂上吸附的NOx具有高的反应活性, 并且吸附态NOx和H2(或H2+O2)反应可生成中间产物NH3, NH3可进一步与NOx反应. Pd/TiO2 (PR)催化剂上高分散的Pd0以及在反应条件下表面生成的更多螯合亚硝酸根和单齿亚硝酸根反应中间体是其具有高H2-SCR催化性能的主要原因.