ACF负载复合金属氧化物催化还原NO的研究
CeO_2_ACFN低温选择性催化还原烟气中的NO
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2008年第27卷第3期·412·化 工 进 展CeO 2/ACFN 低温选择性催化还原烟气中的NO韦正乐，黄碧纯，黄华存，叶代启（华南理工大学环境科学与工程学院，广东 广州 510006）摘 要：制备了CeO 2/ACFN （硝酸氧化处理的改性活性碳纤维）催化剂，对低温选择性催化还原（SCR ）NO 性能进行了考察。
用SEM 、BET 和XRD 进行催化剂结构特性表征，结果显示CeO 2微粒高度分散在ACF 的表面。
实验表明，ACF 先经过硝酸预氧化，然后再负载CeO 2，能明显提高对NO 的转化效率，CeO 2负载量为9％（质量分数），180 ℃、空速为11 000 h －1时，CeO 2/ACFN 的NO 脱除率为93.96％。
关键词：低温选择性催化还原；CeO 2；活性碳纤维中图分类号：X 701.7 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2008）03–0412–05Low-temperature selective catalytic reduction of NO on CeO 2/ACFNWEI Zhengle ，HUANG Bichun ，HUANG Huacun ，YE Daiqi（College of Environmental Science and Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou 510006，Guangdong ，China ）Abstract ：ACFN (activated carbon fibers modified by nitric acid) supported cerium catalyst was prepared. The structure of such catalyst prepared was characterized by SEM ，BET and XRD methods. The results indicated that cerium particles were highly dispersed on the surface of ACFN. The performance of CeO 2/ACFN in low temperature selective catalytic reduction (SCR) of NO was studied. The activated carbon fibers (ACF) was pre-oxidized by nitric acid firstly ，and then loaded with CeO 2. The de-NO efficiency could be greatly enhanced. The highest de-NO efficiency could be obtained with aloading of 9％ CeO 2. In the cases of high space velocity(11 000 h －1)，a high catalytic activity was observed at 180 ℃，and NO reduction conversion was 93.96％.Key words ：low-temperature selective catalytic reduction ；CeO 2；activated carbon fiber在有氧情况下，以NH 3为还原剂的催化还原NO （SCR-NO ）技术已经工业化，目前普遍使用的商用催化剂体系为钒系催化剂，如V 2O 5/TiO 2、V 2O 5-WO 3/TiO 2，其工作温度范围为300～400 ℃；在温度低于200 ℃时，则不具备良好的催化活性。
铁镍锆复合金属氧化物催化剂脱NOx性能研究
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第３ ４卷第 １ 期
２０ ０ ７年 １月
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科
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Ｖｏ ． ４． ． １３ № １
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文章编 号 ：０９—６ １ ２０ ）ｌ一 ０５：０ １０ ７ Ｘ（０７ ０ ０５ － ３
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广 泛 的应 用 ．
称取一定量的蜂窝 陶瓷载体 （ 预处理 ） 经 置于适量 的 １ ｏ Ｌ的 Ｆ （ Ｏ ）溶液浸渍 ２ ， ｌ ｍ／ ｅ Ｎ ，， ４ｈ 经抽滤 、 干 燥之后 ， Ｎ 保护下于管式反应炉中 ５０ｃ 焙烧 ４ 在 ： ０ ｃ ｈ从而制得催化剂 Ｆ— ． ， ｅＯ 催化剂 Ｆ ．ｉ 、ｅＮ．ｒ ｅ ． Ｆ ．ｉ ． ＮＯ Ｚ
V2O5ACF催化剂低温下选择性催化还原NO的机理[1]
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第30卷 第10期 催 化 学 报 2009年10月V ol. 30 No. 10Chinese Journal of Catalysi sOctober2009文章编号: 0253-9837(2009)10-1007-05研究论文: 1007~1011收稿日期: 2009-03-12.联系人: 黄张根. Tel: (0351)4043727; Fax: (0351)4043727; E-mail: zghuang@基金来源: 国家自然科学基金 (20877078); 煤转化国家重点实验室开放基金 (08-309); 山西省自然科学基金 (2009011011-1).V 2O 5/ACF 催化剂低温下选择性催化还原 NO 的机理侯亚芹 1,2, 黄张根 1, 马建蓉 3, 郭士杰 11中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室, 山西太原 0300012中国科学院研究生院, 北京 1000493太原科技大学环境与安全学院, 山西太原 030024摘要：将 V 2O 5 担载在活性炭纤维 (ACF) 上制得 V 2O 5/ACF 催化剂, 并采用暂态响应实验和 NH 3 吸附氧化实验等考察了影响 V 2O 5/ACF 催化剂上选择性催化还原 (SCR) 反应的关键因素. 结果表明, NH 3 在催化剂表面的吸附是必要的, 而且该吸附是一个快速过程; 气相 O 2 的存在有利于形成催化剂中所需的活性氧化态物种. NH 3 吸附-脱附与原位质谱相结合的实验表明, V 2O 5/ACF催化剂具有吸附 NH 3 和将 NH 3 氧化为 N 2H 2 的能力, N 2H 2 为 NH 3 氧化的一种中间体. 关键词：五氧化二钒; 活性炭纤维; 选择性催化还原; 氨; 吸附; 活化; 机理 中图分类号：O643 文献标识码：AMechanism of Selective Catalytic Reduction of NO at Low Temperatureover V 2O 5/ACF CatalystsHOU Yaqin 1,2, HUANG Zhanggen 1,*, MA Jianrong 3, GUO Shijie 11State Key Laboratory of Coal Conversion, Institute of Coal Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Taiyuan 030001, Shangxi, China2Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China3School of Environment and Safety, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, Shangxi, ChinaAbstract: A novel V 2O 5/activated carbon fiber (ACF) catalyst for NO removal was prepared. The mechanism of selective catalytic reduction of NO was carried out by a transient response experiment and NH 3 adsorption and oxidation. The results show that NH 3 adsorption is neces-sary and is a fast process. The active sites can be easily formed in the presence of O 2. Adsorption and temperature-programmed desorption with online mass spectroscopy analysis were used to study the adsorption and oxidation behavior of NH 3 at 120 o C over the V 2O 5/ACF cata-lyst. The adsorbed NH 3 can be oxidized to N 2H 2 on the catalyst surface, and N 2H 2 is an intermediate of oxidized NH 3.Key words: vanadium oxide; activated carbon fiber; selective catalytic reduction; ammonia; adsorption; activation; mechanism我国煤烟型的大气污染严重危害生态环境和人们的身体健康, 影响经济的可持续发展, 因此控制燃煤 SO 2 和 NO x 的排放是我国构建和谐社会的重中之重. 目前, 最有效的脱硝手段是以 NH 3 为还原剂的选择性催化还原 (SCR) 技术[1], 而 SCR 技术的关键是高效稳定的催化剂. 由于低温脱硝可置于除尘器和 SO 2 脱除装置之后, 可以有效降低能耗, 因而得到越来越多的关注. 近年来, 低温脱硝催化剂主要基于活性炭 (焦) 担载的 MnO x , CuO 和 V 2O 5 等[2~4],但在 H 2O 和 SO 2 共存时, 这些催化剂容易失活. 这主要是由于过量沉积的硫酸铵盐堵塞了催化剂的孔道, 或者生成的金属硫酸盐在低温时脱硝活性较低.我们前期研究发现, 将 V 2O 5 担载在活性炭纤维 (ACF) 上制得的 V 2O 5/ACF 催化剂在 120~180 o C 具有较高的 SCR 活性和稳定性, 而且抗 H 2O 和 SO 2 毒化能力较强[5]. 但目前对其相关反应机理认识还很不足. 尽管人们在催化剂开发过程中也开展了大量的脱硝机理研究, 但这些研究大多基于工业应用1008 催 化 学 报 第30卷的 V 2O 5/TiO 2 催化剂[6,7], 并主要形成了 Eley-Rideal 机理 (吸附态的 NH 3 与气相或弱吸附的 NO 反应)[6~10]和 Langmuir-Hinshelwood 机理 (吸附态的 NH 3 与吸附态的 NO 反应)[6,7,11,12]. 在低温脱硝催化剂的反应机理方面, 朱珍平[13]通过氨程序升温脱附 (NH 3-TPD) 实验推断 NH 3 主要以两种吸附态吸附在炭活性位, 即 B 酸位上的 NH 4+和 L 酸位上的 NH 3, 并推断 NH 4+被邻近的钒中心氧化活化后与气相或弱吸附的 NO 反应 (如何活化尚不清楚). Marbán 等[14]研究了 Mn 3O 4/炭-陶瓷催化剂的脱硝机理, 认为参与 SCR 反应的 NH 3 有 –ONH 2 (吸附于 Mn 2O 3 的晶格氧上) 和 –NH 4+ (吸附于 MnO 的–OH 上) 两种. 但活性炭纤维用于 SCR 研究报道较少.本文采用暂态响应实验和 NH 3 吸附脱附与原位质谱结合的方法, 研究了 NH 3 在 V 2O 5/ACF 催化剂表面的吸附和氧化, 对 V 2O 5/ACF 催化剂上 SCR 反应机理的认识和低温脱硝催化剂的开发有初步的指导作用.1 实验部分1.1 催化剂的制备V 2O 5/ACF 催化剂采用等体积浸渍法制备. 首先将载体粘胶基活性炭纤维 (比表面积为 1032 m 2/g) 剪成一定尺寸, 在 110 o C 下干燥 2 h, 然后放入 0.077 85 g/ml 的偏钒酸铵/草酸水溶液等体积浸渍, 在室温下放置 3 h, 50 o C 干燥 12 h, 110 o C 干燥 6 h, 最后依次在 500 o C 氩气 (100 ml/min) 下煅烧 8 h 和 250 o C 空气中煅烧 5 h. V 2O 5 的担载量以 V 2O 5 的质量百分含量计算. 1.2 暂态响应实验暂态响应实验首先由稳态实验 (即当催化剂 SCR 活性稳定时) 开始, 依次在反应气氛中去除和添加某一组分, 如 NO, O 2 和 NH 3, 在此过程中, 以 N 2 为平衡气体, 始终保持总气体流量为 400 ml/min. NO 出口浓度以燃气分析仪 (KM9106, 英国 Kane 公司) 连续在线检测. 气体组分切换步骤如图 1 所示. 1.3 NH 3 吸附氧化-脱附、程序升温脱附 (TPD) 和程序升温表面反应 (TPSR) 实验采用含 0.15% NH 3 和 5% O 2 的 Ar 或含 0.15% NH 3 的 Ar 在 120 o C 下于固定床反应器中进行 NH 3 的吸附氧化实验, 气体总流量为 100 ml/min. 当 NH 3 吸附接近或达到平衡后, 在同一温度下将气体切换为 100 ml/min 的 Ar 吹扫约 40 min 以除去物理吸附的 NH 3. 然后在此条件下进行 TPD 实验, 升温速率为 10 o C/min. 采用瑞士 Balzers 公司生产的 Omnistar QMS 422 型质谱仪在线检测反应器出口气体组成的变化. NH 3 的 m /e = 17, 会受到 H 2O 的干扰, 因此选择 m /e = 15 为检测对象, 可能的气体产物 N 2, NO 和 N 2O 的 m /e 测定值分别为 28, 30 和 44.为了研究吸附态 NH 3 在 V 2O 5/ACF 催化剂上的氧化性, 当催化剂吸附 NH 3 饱和后, 通入 NO+O 2 气体进行 TPSR 实验. 以燃气分析仪实时在线分析尾气组成变化情况.2 结果与讨论2.1 各反应气体的暂态响应实验结果暂态响应实验通常被用来研究催化反应机理[15], 本文采用暂态响应实验考察了影响 V 2O 5/ACF 催化剂上 SCR 过程的关键因素, 各反应气体的暂态响应实验结果如图 2 所示. 图 2(a) 为 NH 3 的暂态响应结果. 可以看出, 当 SCR 稳态反应后, 将 NH 3 从原料气中去除, NO 浓度随时间而逐渐增加, 增至其入口浓度时约需 9 min. 这说明在所采用的反应条件下, 有相当量的 NH 3 吸附于催化剂表面, 并在气相 NH 3 去除后继续与 NO 反应. 由于 SCR 反应过程中 NH 3/NO 摩尔比为 1, 因此可通过 NO 消耗量来计算催化剂表面吸附的 NH 3 用于 SCR 的反应量, 而 NO 消耗量可由 NO 出口浓度-时间曲线积分计算得出. 结果显示, NO消耗量即催化剂表面图1 暂态响应实验反应气体组分切换流程示意图Fig. 1. The stepwise removal-addition of reactants (NO, O 2, and NH 3) in the transient response reaction.第10期侯亚芹 等: V 2O 5/ACF 催化剂低温下选择性催化还原 NO 的机理 1009吸附的 NH 3 用于反应的量为 12.6 μmol/g. 当 NH 3 重新加入反应气氛中时, NO 浓度在 10 min 内逐渐下降并达到新的稳态. 由此可见, NH 3 的吸附对于 V 2O 5/ACF 催化剂上的 SCR 反应是必要的, 随着 NH 3 覆盖度的逐渐增加, 反应速率逐渐提高, 表明 NH 3 的吸附是相当快的. 这与 Mochida 等[16]报道的结果一致, 他们在研究活性炭纤维上的 SCR 机理时认为, 在 100~150 o C 时 NH 3 的吸附是控制步骤.图 2(b) 为 O 2 的暂态响应结果. 由图可见, 当从反应气氛中去除 O 2 后, NO 浓度在初始的 3 min 内快速升高至 0.047%, 然后增加速度减缓, 在 50 min 后达到新的稳态出口浓度 0.055%. 这说明 O 2 可加速 SCR 反应, 无 O 2 存在下 NO 也可被 NH 3 还原, 但活性较低, 可能遵循反应 6NO + 4NH 3 → 5N 2 + 6H 2O. 当 O 2 重新加入反应气时, NO 浓度在约 4 min 内即快速降低到准稳态水平, 随后持续缓慢降低. 这说明气相 O 2 的存在有利于形成催化剂中大多数所需的活性氧化态物种.图 2(c) 为 NO 的暂态响应结果. 由图可见, 反应稳态时将 NO 从原料气中去除, 出口 NO 浓度在 2 min 内急剧下降为 0.0038%, 随后下降的速率逐渐变慢, 15 min 后稳定在 0.0007%. 在无 NO 的情况下, NH 3 将在催化剂表面充分吸附. 当原料气中重新加入 NO 后, NO 浓度又很快恢复至实验初始值. 这说明气相 NO 和吸附态 NH 3 之间易于进行反应, 同时还说明, 对于 V 2O 5/ACF 催化剂上的 SCR 反应, NO 的吸附是不必要的. 因为如果 NO 在催化剂表面的吸附是必要的, 由于催化剂表面完全被吸附态 NH 3 所覆盖, 当 NO 重新加入的短时间内, NO 在表面的吸附预计微乎其微, 这时所发生的 SCR 反应在气相 NO 和吸附态的 NH 3 之间进行 (Eley-Rideal 机理). 如果遵循 Langmuir-Hinshelwood 机理, 那么当 NO 重新加入的短时间内, 由于 NO 吸附层仍未建立, SCR 反应速率应该较低, 即出口的 NO 浓度将超过正常稳态水平, 然后随 NO 吸附层的逐渐形成恢复至稳态值, 但这种现象在实验中并未发现. 另外, 由于 NO 重新加入后 NO 转化率迅速恢复至原来水平, 说明在无 NO 阶段形成的表面 NH 3 物种至少在所采用的反应条件下是具有活性的, 不会引起催化剂失活.2.2 NH 3 在 V 2O 5/ACF 表面的吸附与氧化图 3 为 120 o C 下 V 2O 5/ACF 对 NH 3 和 NH 3+O 2的吸附和氧化结果. 从图 3(a) 上第二阶段可以看出, 通 NH 3+O 2 后 3 177 s 内, NH 3 出口浓度与未通气前相同, 3 177 s 后开始溢出, 随后浓度逐渐升高; 通入 NH 3+O 2 后 3 300 s 开始有少量的 NO 放出, 且浓度不断升高; 出口 N 2 信号始终保持不变, 表明无 N 2 释放. 值得强调的是, 在第二阶段后期, 如果 m /e = 30 的信号归属于 NO, 那么此时系统中既有 NH 3 也有 NO 和 O 2, 理应具备发生 SCR 反应的条件 4NH 3 + 4NO + O 2 = 4N 2 + 6H 2O, 但是却没有观察到 N 2 的释放. 这说明第二阶段 m /e = 30 的信号不应归属于 NO, 而可能是 NH 3 被氧化生成的中间体 N 2H 2.102030405060100200300200300400500600700N O c o n c e n t r a t i o n (10-6)350400450500550600N O c o n c e n t r a t i o n (10-6)N O c o n c e n t r a t i o n (10-6)Time on stream (min)图 2 2%V 2O 5/ACF 催化剂上 SCR 反应过程中各反应气体的暂态响应Fig. 2. The transient response of the reactants during the SCRreaction over 2%V 2O 5/ACF. (a) NH 3; (b) O 2; (c) NO. Initial reac-tion conditions: 0.4 g catalyst, 0.06% NO + 0.06% NH 3 + 4.7% O 2in Ar, 400 ml/min, 180 o C.1010 催 化 学 报 第30卷文献[17]报道 N 2H 2 是一种 NH 3 氧化的中间体. 在本实验条件下, 经 NH 3 吸附氧化 1.0 h 后检测出口的 NO 浓度, 发现并无 NO 生成, 而且在 NH 3 吸附氧化的原位红外实验中可以检测到 V 2O 5/AC 催化剂上存在 NH 或 N 2H 2 基团, 但并没有 NO. 因此, 我们认为 m /e = 30 的信号不应该归属于 NO, 而更可能是 NH 3 被氧化生成的中间体 N 2H 2. 从第三阶段可以看出, Ar 吹扫过程中有 NH 3 和 N 2H 2 放出, 且 NH 3 和 N 2H 2 的浓度随时间的延长逐渐降低.为了判明 V 2O 5 在 NH 3 吸附和氧化中的作用, 在第二阶段没有 O 2 的条件下进行了重复实验, 结果见图 3(b). 可以看出, 第二阶段 NH 3 的溢出时间提前至 2 736 s, 表明无氧条件下, NH 3 也能吸附在 V 2O 5/ACF 催化剂表面, 只是在气相 O 2 存在时可以提高 V 2O 5/ACF 催化剂对 NH 3 的吸附能力. 第二阶段 2 736~4 100 s 内, NH 3 和 N 2H 2 同时开始溢出, 且二者浓度都逐渐升高, 逐步接近平衡. 第三阶段的 Ar 吹扫过程中有 NH 3 和 N 2H 2 放出, 表明第二阶段有 NH 3 和 N 2H 2 的吸附发生, 且吸附的 NH 3 和 N 2H 2 能够在吹扫过程中同温脱附. 整个过程中 N 2 浓度一直保持不变, 表明无 N 2 释放.2.3 吸附态 NH 3 与 NO 的反应性关于 NO 和 NH 3 的 SCR 反应机理, 刘清雅等[18]总结性地指出, NH 3 在催化剂表面的吸附和阶段氧化是 SCR 反应的核心, 为此本文在催化剂吸附 NH 3 饱和后, 考察了 NH 3 的活化情况, 即在 NH 3 吸附吹扫后, 通入气相 NO 进行表面反应, 结果如图 4 所示. 可以发现, 在所考察的时间内, NO 出口浓度均未到达其入口浓度 0.077%, 但是可以想象, 随着反应时间的延长, 最终 NO 出口浓度都会达到入口浓度. 对比三种催化剂可以看出, 在相同的反应时间内, 出口 NO 浓度顺序为 ACF ＞2%V 2O 5/ACF ＞2%V 2O 5/ACF+O 2, 即担载 V 以及气相 O 2 存在均可提高 NH 3 反应活性.400500600700800N O c o n c e n t r a t i o n (10-6)Time on stream (min )图 4 不同催化剂上吸附态 NH 3 与气相 NO 的表面反应Fig. 4. Surface reaction of gaseous NO with adsorbed NH 3 on dif-ferent catalysts obtained at 120 o C. (1) ACF+NH 3; (2) 2%V 2O 5/ ACF+NH 3; (3) 2%V 2O 5/ACF+NH 3+O 2.为了更清楚地理解 V 2O 5/ACF 催化剂 SCR 反应的本质, 分别对以上三种催化剂 120oC 下 NH 3 的恒温饱和吸附量进行了积分计算. 理论上 SCR 反应过程中 NH 3 和 NO 的化学计量比为 1:1, 则可用反应消耗的 NO 量间接计算 NH 3 的活化量, 结果如表 1 所示. 由表可见, 作为载体的 ACF 不仅吸附 NH 3 的能力有限, 而且所吸附的 NH 3 在所考察的温度范围内反应活性也较差, 只有约 27.4% 的吸附态 NH 3 与 NO 反应而消耗. 而在 V 2O 5/ACF 催化剂上, NH 3 吸附量大大增加, 并且 58.4% 的吸附态 NH 3 在 120 ºC 可以和 NO 反应. 可见活性组分 V 2O 5 为体系提供了绝大多数的酸中心从而有利于 NH 3 的吸附乃至活化. 另外 O 2 的存在可以大大提高催化剂100020003000400050006000M S i n t e n s i t yTime (s)(b)NH 3+ArArArN 2N 2H 2NH 3NH 3N 2H 2N 2M S i n t e n s i t yArNH 3+O 2+ArAr(a)图 3 120 oC 条件下 NH 3 和 NH 3+O 2 穿过 V 2O 5/ACF 床层后的尾气组成变化Fig. 3. Effluent gas composition during NH 3+O 2 (a) or NH 3(b) adsorption over V 2O 5/ACF at 120 o C. Reaction conditions: 100 ml/min, 0.15%NH 3+5%O 2+Ar, 0.6 g catalyst.第10期侯亚芹等: V2O5/ACF催化剂低温下选择性催化还原NO的机理 1011吸附和活化 NH3 的能力, 所以为了获得较高的 SCR 活性, 气相 O2 的存在必不可少. 然而所有催化剂上吸附态 NH3 的转化率均未达到 100%, 这说明在所测温度和时间范围内, 并非所有吸附态 NH3 都能参与 SCR 反应, 即 V2O5/ACF 催化剂上可能存在各种不同活性的酸中心, 而只有吸附到某些特殊酸性位上的 NH3 才能在低温下与 NO 反应.3结论采用暂态响应实验考察了 SCR 反应中各气体在 V2O5/ACF 催化剂上的反应行为. NH3 的吸附对于 V2O5/ACF 催化剂上的 SCR 反应是必要的, 且随着 NH3 覆盖度的逐渐增加, 反应速率逐渐增加. 催化剂中大多数所需的活性氧化态物种在气相 O2 的存在下易于形成. NO 的吸附是不必要的, 气态 NO 即可参与 SCR 反应. V2O5/ACF 催化剂具有吸附 NH3 和将 NH3 氧化为 N2H2 的能力, 但是却没有检测到 N2 的释放. 只有部分吸附态的 NH3 能参与 SCR 反应, O2 的存在促进了 NH3 的吸附以及吸附态 NH3 与 NO 的反应.参考文献1黄张根, 朱珍平, 刘振宇. 催化学报(Huang Zh G, Zhu Zh P, Liu Zh Y. Chin J Catal), 2001, 26: 5322Singoredjo L, Slagt M, Van Wees J, Kapteijn F, Moulijn JA. Catal Today, 1990, 7: 1573Park B J, Park S J, Ryu S K. J Colloid Interf Sci, 1999, 217: 1424Zhu Zh P, Liu Zh Y, Niu H X, Liu S J, Hu T D, Liu T, Xie Y N. J Catal, 2001, 197: 65侯亚芹, 黄张根, 马建蓉. 环境化学 (Hou Y Q, Huang Zh G, Ma J R. Environ Chem), 2009, 28: 266Bosch H, Janssen F. Catal Today, 1988, 2: 3697Busca G, Lietti L, Ramis G, Berti F. Appl Catal B, 1998, 18: 18Inomata M, Miyamoto A, Murakami Y. J Catal, 1980, 62: 1409Topsøe N Y. Science, 1994, 265: 121710Wachs I E, Deo G, Weckhuysen B M, Andreini A, Vuurman M A, DeBoer M, Amiridis M D. J Catal, 1996, 161: 21111Takagikawai M, Soma M, Onishi T, Tamaru K. Can J Chem, 1980, 58: 213212Kantcheva M, Bushev V, Klissurski D. J Catal, 1994, 145:9613朱珍平. [博士学位论文]. 太原：中国科学院山西煤炭化学研究所(Zhu Zh P. [PhD Dissertation]. Taiyuan: Inst Coal Chem, CAS), 200014Marbán G, Valdés-Solís T, Fuertes A B. J Catal, 2004, 226: 13815Huang Zh G, Zhu Zh P, Liu Zh Y. Appl Catal B, 2002, 39: 36116Mochida I, Korai Y, Shirahama M, Kawan S, Hada T, Seo Y, Yoshikawa M, Yasutake A. Carbon, 2000, 38: 22917Yoshikawa M, Yasutake A, Mochida I. Appl Catal A, 1998, 173: 23918刘清雅, 刘振宇, 李成岳. 催化学报 (Liu Q Y, Liu Zh Y, Li Ch Y. Chin J Catal), 2006, 27: 636表1不同催化剂上NH3的吸附量与活化量的对比Table 1 Comparision of the amount and the reactivity of adsorbed NH3 on different catalysts at 120 ºCSample Breakthroughtime (s)Adsorption(μmol)Reacted(μmol)Conversion(%)ACF 1250107.077.727.4 2%V2O5/ACF 2736195.081.158.42%V2O5/ACF+O2 3177 250.0 94.5 62.2。
活性炭负载金属催化剂的研究进展
活性炭负载金属催化剂的研究进展华鹏飞;蒋雨涛;陶雪芬【摘要】活性炭作为一种优良的催化剂载体被广泛应用于催化领域，其经酸碱预处理或氧化预处理后表面可负载一种或多种金属催化剂，是优化各种金属催化剂性能的有效方法之一。
为给今后活性炭载体催化剂的研发提供一些参考和方向，从单一金属催化剂负载和复合金属催化剂负载的制备、催化活性及应用着手，对近年来新制备的活性炭负载金属催化剂进行综述。
%Activated carbon as an excellent catalyst carrier is widely used in catalyst industry. After the pre-treatment of alkali or oxidation, it can load one or multiple metal catalysts to optimize the performance of various metals. In this paper, research progress of carbon support single-metal and multi-metal catalysts was discussed from the aspects of preparation methods, catalytic activities and application.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2016(045)009【总页数】3页(P2214-2216)【关键词】活性炭;有效负载;单一金属催化剂;复合金属催化剂【作者】华鹏飞;蒋雨涛;陶雪芬【作者单位】台州职业技术学院，浙江台州 310008;台州职业技术学院，浙江台州 310008;台州职业技术学院，浙江台州 310008【正文语种】中文【中图分类】TQ424活性炭是一种具有极丰富孔隙构造和高比表面积的多孔状炭化物，能够被动吸附一些污染物到自己的孔隙中，是目前使用最为广泛的吸附剂。
以锆铈固溶体为载体的金属氧化物催化剂对NO还原性能的研究
（ 尔 滨师 范 大 学 化 学 化 工 学 院 ， 龙 江 哈 尔 滨 １ ０ ８ 哈 黑 ０ ０） ５
摘
要： 研究 了负载于锆铈 固溶体 上的多种金属氧化 物在 富氧条件下 ， 以丙烯 为还 原剂 ， 选择 性催 化还
原Ｎ ０的 性 能 ， 论 了 Ｃ Ｏ 含 量 ， 属 氧 化 物 负载 量 对 催 化 剂性 能 的影 响 。结 果 表 明 ， ｅ 量 为 ２ ％ ， ｕ 讨 ｅ： 金 ＣＯ含 ５ ＣＯ
化
学
工
程
师
Ｃ ｅ ｉａ Ｅ ｇ ｅｒ ｈ ｍ ｃｌ ｎｉ ｅ ｎ
２ １ 年第 １ ０１ 期
科 研：
文章 编号 ：０ ２ １２ （０ ）ｌ０ １— ２ １０ — ４ ２ １ ０ 一 ０ ０ ０ １ １
葛
秀
发
以锆铈 固溶体 为载体 的金属氧化物 催化 剂对 Ｎｏ 还 原性 能的研 究承
Ｑ ｅ ｇｆｎ ， Ｅ ｉｍｅ，Ｉ Ｎ Ｙｎ Ｕ Ｆ ｎ－ｅ ｇＲ Ｎ Ｙ－ ｉ Ａ ｉｇ Ｔ
（ ｏｌｇ ｆ ｈｍｉｒ Ｃ ｅ ｓ ｙＥ ｇｎｅｉｇ Ｈ ｒｉ ｏ ａ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｈ ｒｉ １０ ２ ， ｈｎ ） Ｃ ｌ ｅｏ ｅ ｓ ｙ＆ ｈｍｉｒ ｎｉｅｒ ， ａｂｎＮ ｍｌ ｎｖｒｉ ， ａｂｎ ５ ０ ５ Ｃ ｉａ ｅ Ｃ ｔ ｔ ｎ ｌ ｔ
随着贫燃发动机和柴油机的广泛使用 ，Ｏ的排 Ｎ 放量 明显增 加 ，由此带来 的大气 污染 已越 来越 引起
人 们 的关 注 ，如何有 效 的催 化 还原 Ｎ 已成 为 净化 Ｏ 空气 质量 的关 键 。近年来 这方 面 的研 究 主要集 中在 分 子筛催 化剂 和以 Ａ： ｒ １ 、 Ｏ 为载 体 的金属 氧 化物 Ｏ Ｚ 催 化 剂 『３ ， 由于 Ｃ Ｏ一 ｒ ： ｌ上 而 ＿ ｅ ＺＯ 固溶体 具 有较 佳 的 储 氧能力和 良好 的热稳定性 ，用做汽 车尾 气净 化催 化剂 载体 ， 已引起人 们 的关 注 ， 逐渐成 为该 领域研 究 热点之一 。 本 文 以 Ｃ Ｏ－ ｒ： ｅ ２ＺＯ 固溶 体 为载 体 ，分别 负载 金
ACF
是 在实 际 应 用 中 ，Ｔ ｉ Ｏ ： 仍 然 存 在 一 定 局 限 ，如 带 非金 属 ，并用 活 性 炭 纤 维 （ Ａ Ｃ Ｆ ） 负 载 组 成 复 合 隙较宽 ，对 光量 子 利 用 率 低 ，且 光 生 载 流 子 复 合 光催 化剂 ，研究 单 一 的 Ｃ ｅ和 Ｎ掺杂对 催 化剂 降 解 率 较高 Ｊ 。对 Ｔ ｉ Ｏ 的掺 杂 改性 可 以促 进 其 对 光 甲醛 的效 果 及 最 佳 掺 杂 比例 。在 此 基 础 上 考 察 了 量 子 的利用 效 率 ，提 高其 催 化 活 性 。在 Ｔ ｉ Ｏ 中掺 ｃ ｅ和 Ｎ的共掺 杂对 甲醛 降解 效 果 的影 响 ，及 共 掺 人ｃ ｅ 稀 土 金 属 元 素 和 Ｎ非 金 属 元 素 可 加 强 Ｔ ｉ Ｏ ： 杂条 件下 催 化 剂 是 否兼 具 单 一 掺 杂 催 化 剂 各 自的 在 可见 光 吸 收 范 围 的 吸 收 强 度 ，提 高 光 催 化 效 优点 ，从 增加 电子 的捕 获 效 率 和可 见 光 的 利 用 率 率 ｊ ，同时利 用 金 属 和 非 金 属 的协 同 效 应 来 提 两个 角度 来增 强光 催化 剂 的催化效 果 。 高Ｔ ｉ Ｏ 的光 催化 性 能 “ 。甲醛催 化 氧化 的关 键
文章 编号 ：１ ６ ７ ４— ９ ０ ５ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３—０ ５ ４ ９—０ ６
Ａ Ｃ Ｆ负载 Ｃｅ 、 Ｎ掺 杂 Ｔ ｉ Ｏ ２ 光催 ｄ 化剂 ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ 净化 ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ 甲醛试 ６ ７ ４ — ９ ０ ５ ７ ． ２ ０ 验 １ ５ ． ０ ３ ． ０ １ ９
李俊 杰 ，莫德 清 ，安学文 ，张 倩 ，马高恒 ，陈金 月，覃皓俊
复合金属氧化物选择性催化还原NOx的研究
与空气中的氧作 用生成红棕色有 刺鼻气味毒性更
收 稿 日期 ：０ ６—１ —２ ２０ １ ６
基金项 目： 哈尔滨工程大学校 内基础研究 基金资助项 目（ Ｕ ０ ０ ５ ＨＥ Ｆ ４ ６ ） 作者简介 ： 韩成喜（ ９ ０一） 男 ， １８ ， 在读硕士研究 生 ， 研究方 向： 催化剂材 料合成及性能表征 。
具 有 较高 的热 稳 定 性 ， 因此 ， 功 能 复 合 型 催 化 剂 多 已成 为这 一领 域研 究 的热 点之 一 。
３ 结论
（ ） 验 合 金 随 Ｌ 含 量 的增 加 由 （ ＋Ｂ 两 相 １试 ｉ ） 合 金转 变成 Ｂ单相 合金 。
性能。
参 考 文 献
［ ］ 陈振华． １ 镁合金 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 工业 出版社 ， ０ ． 化学 ２ ４ ０ ［ ］ 陈振华． ２ 变形镁合金 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 工业出版社 ， ０ ． 化学 ２ ５ ０
关键词 ： 堇青石蜂窝 陶瓷 ； 选择性催化还原 ； Ｏ； Ｎ 复合金属氧化物 中图分类 号 ： ６３ １ ０ ４．２ 文献标识码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉｅ ｅａ ｘ ｄ ａ ａ ｙ ｔｆ ｒ ＮＯ ｒ ｍｏ ｉｇ ｓ ａ ｃ ｎ ｍ ｘ ｄ ｍ ｔ ｌｏ ｉ ｅ ｃ ｔ ｌ ｓ ｏ ｅ ｖｎ
大 的 Ｎ ２。 另 外 ， Ｏ Ｏ＿ Ｊ Ｎ 能 与 ０ 、 Ｈ、 Ｏ ３Ｏ Ｈ 等 自由 基作用 生成 Ｈ Ｏ 、 Ｎ ， ， 而形 成 酸 雨 ， Ｎ Ｈ Ｏ 等 进 导致 人
类生存环境的恶化 ， 威胁人类健康 Nhomakorabea 单一 金属 氧化 物 型催 化剂 净 化 Ｎ 活 性 不 高 ， Ｏ 高 温 下 不 稳 定 ， 复 合 金 属 氧 化 物 具 有 确 定 的 组 而 成 、 构 ， 且 结 构 中 的各 种 金 属 离 子 可 以进 行 调 结 而 节 ， 且 通过 复合 能稳 定 一 些 不 常见 或 混 合 价 态 的 并
Mn-Ce-CuOxACF低温选择催化还原NO的实验研究的开题报告
Mn-Ce-CuOxACF低温选择催化还原NO的实验研究的开题报告题目: Mn-Ce-CuOxACF低温选择催化还原NO的实验研究背景和意义:随着工业化进程的不断发展，大气污染问题日益严重。
氮氧化物(NOx)是大气污染的主要来源之一，严重危害人类健康和生态环境。
因此，减少NOx的排放已经成为全球环保的重大问题之一。
催化还原NOx技术应用广泛，如NH3-SCR、LNT、DOC、等烟气净化技术已经成为常用的催化减排技术。
然而，催化还原NOx的温度通常较高，限制了其实际应用。
本课题将尝试使用Mn-Ce-CuOxACF这种新型催化剂，通过实验研究探索Mn-Ce-CuOxACF的催化还原NOx性能，目的是获得更高的反应活性和选择性。
它的应用有望降低工业和汽车排放物的NOx排放量，减少环境污染和改善空气质量。
研究目标:1. 合成Mn-Ce-CuOxACF催化剂并进行表征;2. 研究Mn-Ce-CuOxACF催化剂催化还原NOx的反应条件(如催化温度、氧气浓度、空速等) 对反应性能的影响;3. 探讨Mn-Ce-CuOxACF催化剂催化还原NO的反应机理;4. 对比Mn-Ce-CuOxACF与其他催化剂的催化性能，评估Mn-Ce-CuOxACF的应用前景。
实验方法:1. 合成Mn-Ce-CuOxACF催化剂，并进行SEM、XRD、FT-IR等表征；2. 联合测试台对Mn-Ce-CuOxACF催化剂进行催化还原NOx实验，测量反应的NOx转化率和选择性，分析反应机理；3. 对比Mn-Ce-CuOxACF与其他催化剂的催化性能，评价Mn-Ce-CuOxACF的优越性。
预期结果及意义：本研究将为降低大气NOx排放提供新思路和新技术，对于环境保护和空气质量改善具有重要的意义。
同时，本研究对新型催化剂的技术开发、性能优化和传授发展都有一定的参考意义。
ACF负载铜-镍复合催化剂脱氮性能研究
行且 具有较 宽 的活性温 度 区间 的 Ｓ Ｒ催化 剂具 有重要 意 义 。 Ｃ
活性碳 纤维 （ ｃｉａｅ ａｂ ｎｆ ｅｓ ａｔ ｔｄｃｒ ｏ ｉ ｒ ，ＡＣ ）具有 比表 面大 、微 孔结 构 丰 富 的特 点 ，常被 用 作催 化 ｖ ｂ Ｆ 剂 的载 体 。Ａ Ｆ经 处理并 负 载金属 氧化 物 形 成 的复 合催 化剂 表 现 出较 好 的催 化 效 果 ，国 内外 学者 对 此 Ｃ 类 催化 剂 的低 温 Ｓ Ｒ 活性进 行 了广泛 的研究 ］ Ｃ 。沈伯 雄 等Ｌ 活性 炭 纤 维 负载 Ｃ Ｏ。 备 的催 化 剂 ３ 用 “ ｅ 制 在 １０ ４ ℃时 ＮＯ脱 除率 在 ８ 以上 并且 具有 较宽 的 高活性 温 度 区间 。Ｐ ｓｌ ２ ￣２ ０ ５ ａ ｅ Ｊ等【 用 活 性 炭分 别 负 ５ 载 Ｆ ，Ｃ 。 Ｃ ０制 备 的催化 剂在低 温 下有 高 的 ＮＯ 转化率 和 反应选 择 性 。 ｅ０。 ｒ０ 和 ｕ 下面 ，笔者 采用 浸渍法 在 活性碳 纤维 上 负载 Ｃ （ 。 Ｎｉ（ ｕ ＮＯ ）一 ＮＯ。。制备 复 合催 化 剂 ，研究 金 属 氧 ） 化物 负载量 、复 合配 比、反 应温 度 、ＮＯ初 始浓度 、Ｏ 含 量等 因素对 ＮＯ转 化效 率 的影响 。
研究金属氧化物在催化过程中的活性与选择性
研究金属氧化物在催化过程中的活性与选择性催化剂在化学反应中起着至关重要的作用，能够加速反应速率并提高产物选择性。
金属氧化物作为一类重要的催化剂，具有广泛的应用前景。
研究金属氧化物在催化过程中的活性与选择性，对于开发高效催化剂和理解催化机理具有重要意义。
首先，金属氧化物的活性与其晶体结构密切相关。
金属氧化物的晶体结构决定了其表面活性中心的种类和分布情况。
例如，钛氧化物（TiO2）具有多种晶相，如金红石相和锐钛矿相等。
不同晶相的钛氧化物表面具有不同的活性中心，因此其催化性能也会有所差异。
研究表明，锐钛矿相的钛氧化物具有较高的催化活性，能够有效催化氧化反应和光催化反应。
而金红石相的钛氧化物则更适用于光电催化和光催化分解水反应。
因此，通过调控金属氧化物的晶体结构，可以实现对催化活性的调控。
其次，金属氧化物的活性还与其氧空位密度有关。
氧空位是金属氧化物表面的缺陷，具有较高的活性。
研究发现，氧空位的形成与金属氧化物的还原性密切相关。
在氧化性环境下，金属氧化物表面会形成氧空位，而在还原性环境下，氧空位会被还原。
氧空位能够吸附并活化反应物，从而提高催化反应的活性。
因此，通过调控金属氧化物的还原性，可以实现对催化活性的调控。
此外，金属氧化物的选择性也是催化反应中的重要考量因素。
选择性是指催化剂在多个可能反应路径中选择特定反应路径生成特定产物的能力。
金属氧化物的选择性受到多种因素的影响，如晶体结构、表面活性中心和反应条件等。
以氧化亚氮（NO）的选择性催化还原为例，研究发现，不同金属氧化物对NO的选择性具有明显差异。
例如，铜氧化物（CuO）和铁氧化物（Fe2O3）可以选择性地将NO还原为氮气（N2），而钨氧化物（WO3）则更倾向于将NO还原为一氧化氮（NO）。
这种选择性差异与金属氧化物的晶体结构和表面活性中心有关。
因此，通过调控金属氧化物的晶体结构和表面活性中心，可以实现对催化选择性的调控。
综上所述，研究金属氧化物在催化过程中的活性与选择性具有重要意义。
《NiAl水滑石基复合金属氧化物C3H6选择性催化还原NO及抗硫性能的研究》范文
《NiAl水滑石基复合金属氧化物C3H6选择性催化还原NO及抗硫性能的研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，汽车尾气及工业排放产生的氮氧化物（NOx）已成为大气污染的主要来源之一。
控制NOx 的排放和开发有效的治理技术已成为环境保护领域的重要课题。
其中，选择性催化还原（SCR）技术因其高效、低能耗等优点，在NOx治理中得到了广泛的应用。
NiAl水滑石基复合金属氧化物作为一种具有潜在应用价值的催化剂，在C3H6选择性催化还原NO方面表现出了优异的性能。
本研究旨在探究NiAl水滑石基复合金属氧化物的催化性能及其抗硫性能，为实际工业应用提供理论依据。
二、研究方法1. 催化剂制备采用共沉淀法制备NiAl水滑石基复合金属氧化物催化剂，通过调整制备条件，优化催化剂的组成和结构。
2. 催化剂表征利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对催化剂进行表征，分析其晶体结构、形貌和微观结构。
3. 催化性能测试在固定床反应器中，以C3H6为还原剂，对催化剂进行NO 选择性催化还原性能测试，考察催化剂的活性、选择性和稳定性。
同时，进行抗硫性能测试，评价催化剂在含硫环境下的性能表现。
三、结果与讨论1. 催化剂表征结果XRD结果表明，成功制备了具有水滑石结构的NiAl复合金属氧化物催化剂。
SEM和TEM分析显示，催化剂具有较高的比表面积和良好的孔结构，有利于反应物的吸附和扩散。
2. 催化性能测试结果（1）C3H6选择性催化还原NO在一定的反应条件下，NiAl水滑石基复合金属氧化物催化剂表现出较高的NO转化率和C3H6选择性。
随着反应温度的升高，NO转化率逐渐增加，达到一定温度后趋于稳定。
同时，C3H6的选择性也随着反应条件的改变而发生变化。
（2）抗硫性能在含硫环境下，NiAl水滑石基复合金属氧化物催化剂表现出较好的抗硫性能。
硫的存在对催化剂的活性影响较小，催化剂的稳定性和选择性未发生明显降低。
《贵金属负载CeO2复合物的制备及其VOCs气敏性能研究》范文
《贵金属负载CeO2复合物的制备及其VOCs气敏性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，挥发性有机化合物（VOCs）的排放问题日益严重，对环境和人类健康构成了巨大威胁。
因此，研发高效、环保的VOCs气体检测和净化技术显得尤为重要。
贵金属负载CeO2复合物作为一种新型的VOCs气体传感器材料，具有较高的气敏性能和催化活性。
本文将重点探讨贵金属负载CeO2复合物的制备方法，以及其在VOCs气敏性能方面的研究。
二、贵金属负载CeO2复合物的制备1. 材料与设备制备过程中所需材料包括CeO2、贵金属（如Pt、Pd等）、有机溶剂、还原剂等。
设备包括搅拌器、烘箱、马弗炉、离心机等。
2. 制备方法（1）溶胶-凝胶法：将CeO2溶解在有机溶剂中，加入贵金属前驱体溶液，经过搅拌、凝胶化、干燥等步骤，得到贵金属负载CeO2复合物的前驱体。
然后通过热处理使前驱体转化为最终的复合物。
（2）沉淀法：将CeO2溶液与贵金属盐溶液混合，加入沉淀剂，使贵金属在CeO2表面形成沉淀。
经过离心、洗涤、干燥等步骤，得到贵金属负载CeO2复合物。
（3）浸渍法：将CeO2载体浸入贵金属盐溶液中，使贵金属在载体表面形成均匀的负载。
然后通过热处理使贵金属与CeO2形成紧密的复合结构。
三、VOCs气敏性能研究1. 实验方法采用静态法或动态法对贵金属负载CeO2复合物的VOCs气敏性能进行测试。
在一定的温度和湿度条件下，向测试室中注入VOCs气体，记录传感器对VOCs气体的响应时间、恢复时间、灵敏度等参数。
2. 结果与讨论（1）响应时间和恢复时间：贵金属负载CeO2复合物对VOCs气体的响应时间和恢复时间均较短，表明其具有良好的气敏响应速度。
这主要归因于贵金属的催化作用和CeO2的高比表面积。
（2）灵敏度：贵金属负载CeO2复合物对不同种类的VOCs 气体表现出较高的灵敏度。
这主要得益于贵金属与CeO2之间的相互作用，使得复合物表面产生了更多的活性位点，提高了对VOCs气体的吸附和催化能力。
《贵金属负载CeO2复合物的制备及其VOCs气敏性能研究》范文
《贵金属负载CeO2复合物的制备及其VOCs气敏性能研究》篇一一、引言随着工业化的快速发展，挥发性有机化合物（VOCs）的排放问题日益严重，对环境和人类健康造成了极大的威胁。
因此，开发高效、灵敏的VOCs气敏传感器显得尤为重要。
贵金属负载CeO2复合物因其独特的物理化学性质，在VOCs气敏传感器领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在研究贵金属负载CeO2复合物的制备方法及其对VOCs气敏性能的影响。
二、贵金属负载CeO2复合物的制备1. 材料选择与准备制备贵金属负载CeO2复合物，首先需要选择适当的原材料。
本实验选用纳米CeO2和贵金属（如Pt、Pd）作为主要原料。
将CeO2和贵金属前驱体溶液进行混合，制备出复合物的前驱体。
2. 制备方法采用溶胶-凝胶法结合浸渍法进行制备。
首先，将CeO2前驱体溶液在适当温度下进行溶胶-凝胶转化，形成凝胶状CeO2。
然后，将贵金属前驱体溶液浸渍到CeO2凝胶中，通过热处理使贵金属负载在CeO2上，形成复合物。
三、VOCs气敏性能研究1. 实验装置与方法VOCs气敏性能测试采用静态配气法。
将制备的贵金属负载CeO2复合物置于测试室中，通过注入不同浓度的VOCs气体，测试其电阻变化，从而评估其气敏性能。
2. 结果与讨论通过实验发现，贵金属负载CeO2复合物对VOCs具有较好的气敏响应。
在不同浓度的VOCs气体下，复合物的电阻变化明显，表明其具有良好的气敏性能。
此外，贵金属的负载量对气敏性能也有影响。
适量负载贵金属可以提高复合物的气敏性能，但过高的负载量会导致气敏性能下降。
这可能是因为过高的负载量会导致贵金属颗粒团聚，降低其催化活性。
四、机理分析贵金属负载CeO2复合物具有优异的气敏性能，主要归因于其独特的物理化学性质。
CeO2具有较高的氧储存和释放能力，可以与VOCs分子发生氧化还原反应，从而改变其电阻。
贵金属的引入可以进一步提高CeO2的催化活性，加速氧化还原反应的进行。
ACF低温SCR脱除氮氧化物的研究的开题报告
MxOy/ACF低温SCR脱除氮氧化物的研究的开题报告标题：MxOy/ACF低温SCR脱除氮氧化物的研究研究背景：氮氧化物（NOx）是大气污染中的主要成分之一，对人类健康和环境造成严重影响。
因此，研究有效的NOx减排技术具有重要的现实意义。
选择性催化还原（SCR）是一种有效的NOx减排技术，但传统的SCR需要高温条件（约200℃以上）才能达到较高的脱除率。
因此，研究低温SCR技术对于降低NOx排放具有极大的意义。
ACF（活性炭纤维）具有活性高、比表面积大、孔径分布范围广等特点，在催化剂载体方面有着广泛的应用。
同时，MxOy（M表示过渡金属）具有良好的邻位效应和催化性能，是一种很好的SCR催化剂。
因此，本研究选用MxOy/ACF作为低温SCR催化剂，并探究其对NOx的脱除性能及相关影响因素。
研究内容：本研究计划采用化学共沉淀法制备MxOy/ACF催化剂，并通过扫描电镜、X射线衍射、透射电子显微镜等测试手段对其形貌和结构进行表征。
同时，在固定反应器下，将催化剂和NOx混合反应，研究催化剂对NOx的脱除性能以及影响因素，如反应温度、空速、NOx浓度等。
预期成果：通过本研究，预计可以得出MxOy/ACF在低温SCR领域的应用前景以及影响因素，为SCR催化剂的开发提供一定参考。
时间安排：第1-2周：文献综述及研究背景整理第3-4周：催化剂制备及表征实验第5-7周：低温SCR反应实验第8-9周：数据归纳及分析第10周：论文撰写及答辩准备参考文献：1. Wu, J., Sun, H., Zhang, L., Zheng, X., & Li, Q. (2019). Pt/ACF 作为低温SCR 催化剂：制备、字符化与氨选择性催化还原性能表征研究. 环境工程学报, 13(3), 686-694.2. Chen, S., Zhang, L., Peng, W., Zhu, S., & Liu, Y. (2020). SO2 对MxOy/ACF 低温SCR 催化剂性能的影响研究. 环境科学学报, 40(6), 2329-2336.3. Liu, Y., Li, Y., Yu, Q., & Zhang, Y. (2019). MxOy/ACF 催化剂的制备及NH3-SCR 脱除NOx 性能研究. 工业与环境, 41(3), 113-117.。
金属氧化物催化CO还原NO的研究进展
的研究成果进行了系统的梳理与总结，重点介绍 Fe 基、Ce 基、Co 基、Cu 基这 4 种金属氧化物催化剂的研究进
展，分析催化剂的制备方法、掺杂助剂种类和比例、NO-CO 反应条件等因素与催化活性之间的关系，总结催化
summarized. The research progress of preparation methods, doping modification and reaction conditions of
Fe based, Ce based, Co based and Cu based catalysts are analyzed, and the capability of water and sulfur
化
2019 年第 38 卷第 11 期
进
展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
工
· 4941 ·
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0195
综述与专论
开放科学 （资源服务） 标识码 （OSID）：
第一作者：周远松 （1985—），男，硕士，工程师，研究方向为大气污染控制。E-mail：zhouys@。
通信作者：唐晓龙，教授，博士生导师，研究方向为环境污染控制、环境功能材料。E-mail：txiaolong@。
引用本文：周远松, 高凤雨, 唐晓龙, 等 . 金属氧化物催化 CO 还原 NO 的研究进展[J]. 化工进展, 2019, 38(11): 4941-4948.
ACF低温SCR脱硝催化剂国内最新研究进展
ACF低温SCR脱硝催化剂国内最新研究进展摘要：低温SCR脱硝催化剂是国内外研究的一个热点。
本文总结了国内以活性碳纤维作载体，负载金属氧化物活性物质作催化剂的最新研究成果，并对进一步发展进行了展望。
此外，也列举一些脱硝的新方法新尝试。
关键词：ACF；低温；SCR；脱硝催化剂；新方法Abstract：The catalysts of low-temperature SCR technology for de –nitration are the focus of researchers at home and aboard . This paper summarized the latest research development in the field of catalysts which use the ACF as the carrier and that load mental oxides ,meanwhile, further development was proposed in theend .Further ,some new methods had been showed.Key words: ACF; low-temperature; SCR; catalysts for de –nitration；new methods氮氧化物( NO x)是主要的大气污染物，主要包括NO、NO2、N2O等，可以引起酸雨、酸雾、与碳氢化合物可形成光化学烟雾，参与臭氧层的破坏，通过干、湿沉降的作用，加重了水体富营养化的影响，而且还会影响人体的呼吸系统。
我国 NO x排放总量巨大且呈继续增加态势，烟气脱硝将是继电站脱硫技术后，又一个广阔的极具爆发性增长的市场[1,3]。
控制排放主要采取低N0X燃烧技术和烟气脱除两种途径。
[2]SCR 法是目前商业应用最广泛的烟气脱硝技术.制备温度窗口宽、活性高和选择性强的催化剂是该技术的核心．按照催化剂适用的烟气温度条件分类，一般按照不同的温度使用窗口可以将 SCR工艺分为：高温、中温、低温三种不同的SCR工艺。
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第3卷 第4期环境工程学报Vol.3,No.42009年4月Chinese Journal of Envir on mental EngineeringAp r.2009ACF 负载复合金属氧化物催化还原N O 的研究王群敬 李彩亭3 路 培 李 群 田立辉 罗 瑶(湖南大学环境科学与工程学院,长沙410082)摘 要 为了研究活性碳纤维(ACF )负载复合金属氧化物催化还原NO 的效果,采用浸渍法制备了系列负载氧化铈和氧化铜的ACF,在微型反应器中进行程序升温反应,通过正交试验,确定催化反应的最佳条件,考察了反应温度和复合金属氧化物的不同含量对催化活性的影响,并与ACF 负载单金属氧化物作了比较,同时对催化剂进行了扫描电镜和傅里叶红外光谱分析实验。
实验结果表明,在氨氮比是111∶1,氧气体积比为5%,体积流速为4000h -1的条件下,负载复合金属氧化物的ACF 低温活性相差很大,随着温度的升高,催化效率持续提高。
当氧化铈与氧化铜的含量分别为10%和30%,在120～300℃区域内去除率维持80%以上,是低温催化中理想的催化剂。
关键词 活性炭纤维 复合金属氧化物 一氧化氮 催化还原中图分类号 X511 文献标识码 A 文章编号 167329108(2009)0420711205Study on ca ta lyti c reducti on of NO by co m plex m et a l ox i desupported on acti va ted carbon f ibersW ang Qunjing L i Caiting Lu Pei L i Qun Tian L ihui Luo Yao(College of Envir onmental Science &Engineering,Hunan University,Changsha 410082)Abstract T o study the conversi on effect of comp lex metal oxide supported on ACF,the catalyst of Ce O 2and Cu O supported on ACF was p repared by i m mersi on method .By orthogonal experi m ent,the op ti m um condi 2ti ons of catalytic reacti on were deter m ined by te mperature p r ogra mmed reacti on in laborat ory scale react or .The effects of reacti on te mperature and the mass rati o of comp lex metal oxide were researched,which were compared with single metal oxide supported on ACF .I n additi on,the SE M and FTI R experi m ents were carried out .The experi m ental results show that the activity of comp lex catalyst was quite different at l ow te mperatures under theconditi ons of NH 3/NO 111,5%O 2and 4000h -1airs peed;the catalytic activity i m p r oved constantly with in 2creasing te mperature .The conversi on rate of NO maintained above 80%in 120～300℃when the contents of Ce O 2and Cu O were 10%and 30%.It is a perfect catalyst at l ow te mperatures .Key words activated carbon fibers;comp lex metal oxide;nitr ous oxide;catalytic reducti on基金项目:湖南省自然科学基金重点项目(03JJY2002);新世纪优秀人才支持计划项目(NCET 20420769);教育部科学技术研究重点项目(105126)收稿日期:2008-06-29;修订日期:2008-07-25作者简介:王群敬(1981～),男,硕士研究生,主要研究方向为大气污染控制工程。
E 2mail:wangqunjing11@3通讯联系人,E 2mail:ctli@hnu .cn 氮氧化物是污染大气的主要有害物质之一,主要来自各种锅炉、窑炉和机动车尾气。
全世界每年排入大气的NO x 约015亿t,其中90%产生于各种燃烧过程,燃烧排出的主要是NO 和NO 2,NO 占95%左右。
氮氧化物引起了严重的环境问题,危害着人们的身心健康,所以对它的治理尤为重要。
我国氮氧化物的排放中有近70%来自于煤炭的直接燃烧,因此治理的重点在于燃煤NO 排放的控制。
最有效的途径是烟气脱硝技术,而选择性催化还原法(SCR )是目前工业上应用最广、效果最好的烟气脱硝技术,它的原理是NH 3在一定的温度和催化剂的作用下,有选择地把烟气中的NO x 还原为N 2同时生成水,其中催化剂是SCR 系统中的主要部分,其成分组成、结构、寿命及相关参数直接影响SCR 系统脱硝效率及运行状况。
常用的催化剂有金属氧化物、贵重金属、钙钛矿复合氧化物、碳基催化剂和离子交换分子筛,这些催化剂的脱氮效果不尽相同,存在着易失活等缺点。
其中利用活性炭纤维(activated carbon fibers,ACF )负载金属氧化物作为SCR 的催化剂在理论和实际应用上都有着重大的意环境工程学报第3卷义,国内外的专家学者对此进行了一些研究,并取得了不错的效果[1],因此,活性炭纤维去除NO逐渐成为当前催化领域的研究热点[2～6]。
目前已经研究的此类催化剂,活性炭纤维负载的多为单个金属如Pt 和Au等,又或制成的有关催化剂存在易中毒、低温效率低下等技术上的问题[7～9],而低温、高效、高空速和抗S O2毒化催化剂的研制是开发的重点方向。
本文在前期实验的基础上[3],利用气固相微型反应装置,研究了ACF负载复合金属氧化物对NO的催化还原性能,考查了复合金属氧化物的不同含量,不同的反应温度对去除NO效率的影响,并与ACF负载单金属氧化物进行了比较,以期找到一种经济的、高效的、持久的脱硝催化剂,探求燃煤烟气脱硝、廉价金属相结合运用的新途径。
1 实 验1.1 原材料、试剂和仪器ACF由中国科学院山西煤炭化学研究所提供,为聚丙烯腈碳纤维(P AN2ACF)。
Cu(NO3)2・3H2O,Ce(NO3)2・6H2O:分析纯。
气固相微型催化反应装置:天津大学;K M900型烟气分析仪:英国K ANE公司;DHG29076A鼓风干燥箱:上海仪器公司。
1.2 催化剂的制备用电子天平称取2g ACF,在浓度为0152mol/L的Cu(NO3)2・3H2O溶液中进行等体积浸渍,静置2h,做好标记,然后取出放置于洁净的鼓风干燥箱内于105℃条件下至完全干燥。
干燥后,将负载有硝酸铜的ACF放置于管式电炉的陶瓷圆管中,在N2保护下和220℃条件下使硝酸铜分解。
分解完成后,停止管式电炉加热,使CuO/ACF在氮气氛围中降温至常温。
最后取出Cu O/ACF装在塑料封口袋中,密封保存于干燥皿中,记作30%Cu O/ ACF(质量分数,%)。
采用类似的方法制取10%Ce O2/ACF, Ce(NO3)2・6H2O溶液的浓度为0107mol/L,硝酸铈的分解温度为330℃。
称取3份ACF,每份2g,分别浸渍在配置好的Cu(NO3)2・3H2O和Ce(NO3)2・6H2O的混合溶液中,制取10%Ce O2210%Cu O/ACF,10%Ce O2220%CuO/ACF,10%Ce O2230%Cu O/ACF。
1.3 实验装置及流程实验装置由配气系统、反应装置和尾气检测3部分组成。
实验流程见图1。
图1 实验装置流程图Fig11 Fl ow diagram for laborat ory experi m ental apparatus1.4 催化剂活性的测定NH3,NO,O2和N2由气体钢瓶提供,气体的流量由转子流量计控制,这些气体在混合瓶中充分混合,得到确定体积分数φ的反应气体。
φ(NO)为011%,φ(NH3)为0111%,即氨氮比是111∶1,其他气体为高纯N2,实验时催化剂的加入量为015g。
装样并连接好仪器后,首先通入混合气体015～1h,直至出口气体中NO的浓度恒定为止。
接着开始程序控制升温,使NO在反应器中与混合气体中的NH3和O2在催化剂的催化作用下进行反应,在出口浓度稳定时进行检测,计算NO的去除率。
催化过程中,主要发生以下反应:4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O(1)6NO+4NH3=5N2+6H2O(2) 2 实验结果与讨论2.1 正交实验为了确定实验过程中最佳反应条件,将反应温度(T,℃),混合气体中氧气所占体积比(%),复合金属氧化物的质量分数ω(Ce O22CuO,%),空速(V, h-1)作为影响反应进行的因素,每种因素取3个水平,做L9(34)正交实验。
结果见表1。
由正交实验结果可知,催化还原NO反应过程中,最为关键的影响因素是复合金属氧化物的含量比,其次是氧气体积比,体积流速和温度的影响力则相对较小,而其中最佳氧气体积百分比和最佳体积流速分别是为5%和4000h-1,之后的实验即在氧气体积百分比和体积流速分别为5%和4000h-1的条件下进行。
217第4期王群敬等:ACF 负载复合金属氧化物催化还原NO 的研究表1 催化反应条件优化的正交实验表Table 1 O rthogona l test of the opti m a l ca t a lyti creacti on cond iti on s因素Ce O 22CuO (%)体积流速(h -1)温度(℃)氧气体积百分比(%)NO 催化还原率(%)110∶104000100576.30210∶1050002001061.22310∶1060003001552.15410∶2040002001570.37510∶205000300589.42610∶2060001001072.45710∶3040003001085.71810∶3050001001577.78910∶306000200587.50均值163.22377.46075.51084.407均值277.41376.14073.03073.127均值383.66370.70075.76066.767极差20.440 6.760 2.73017.6402.2 复合金属氧化物的不同含量对N O 去除率的影响探究ACF 负载复合金属氧化物催化还原能力,分别对10%Ce O 2210%CuO /ACF,10%Ce O 2220%CuO /ACF,10%Ce O 2230%CuO /ACF,考察复合金属氧化物的不同含量对NO 去除率的影响,见图2所示。