鈷錳納米金屬氧化物、氮化物的合成及其在催化NOx消除反應(yīng)中的應(yīng)用.pdf

1、氮氧化物(NOx)可引發(fā)形成酸雨和光化學(xué)煙霧，減少NOx的排放是我國目前環(huán)境保護亟需解決的重要問題之一。發(fā)展NOx催化脫除技術(shù)的關(guān)鍵是高性能脫硝(NOx)催化劑的開發(fā)與應(yīng)用。催化劑的催化性能與其表面結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，具有高的比表面積、豐富的表面酸性位、活潑的表面晶格氧及優(yōu)異的表面氧化還原能力的催化劑可以有效催化NH3-SCR反應(yīng)。隨著納米晶體合成技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，通過在納米尺度上調(diào)控晶體尺寸及形貌進而設(shè)計其表面結(jié)構(gòu)特性已成為可能，這為高

2、性能納米脫硝催化劑的制備提供了新的合成策略。
　　本論文針對NOx的催化消除反應(yīng)，首先合成制備出兩種形貌Co3O4納米催化劑（納米棒及納米顆粒），考察并研究了它們催化NH3-SCR反應(yīng)的活性及反應(yīng)機制，建立了催化劑形貌結(jié)構(gòu)與催化劑催化性能間的構(gòu)效關(guān)系;設(shè)計合成新穎蓬松結(jié)構(gòu)高比表面積的錳基復(fù)合金屬氧化物（鈷錳氧化物、鐵錳氧化物、鎳錳氧化物），對其表面結(jié)構(gòu)及催化NH3-SCR反應(yīng)性能進行了研究;利用NH3程序升溫反應(yīng)法將上述合成的Co

3、3O4納米棒、納米顆粒及鈷錳氧化物還原氮化處理，研究其氮化產(chǎn)物分解NO的性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.Co3O4納米棒、納米顆粒的制備及其催化NH3-SCR反應(yīng)性能研究。通過液相堿沉淀法得到納米棒狀堿式碳酸鈷，煅燒后得到Co3O4納米棒及納米顆粒催化劑。分析表明:納米棒表面較納米顆粒表面分布了更多量的Co3+離子。由于納米棒表面富含的Co3+離子在反應(yīng)中促進了NH3的吸附及活化并最終提高了納米棒的催化NH3-SCR反應(yīng)的活性，

4、因而在400 ppm NO/600 ppm NH3/2％O2/N2及空速30，000 ml·g-1·h-1條件下，納米棒在150-200℃催化NH3-SCR反應(yīng)NOx轉(zhuǎn)化率達到近100％，納米顆粒在75-375℃的NOx轉(zhuǎn)化率最高只有65％。
　　2.具有蓬松結(jié)構(gòu)錳基復(fù)合金屬氧化物的合成及其催化NH3-SCR反應(yīng)性能研究。基于低溫液相反應(yīng)合成得到的鈷錳、鐵錳及鎳錳金屬氧化物具有束狀精細蓬松的結(jié)構(gòu)，由于錳基復(fù)合金屬氧化物表面分布著豐

5、富的酸性位及大量活潑的晶格氧原子，這使得它們在催化NH3-SCR反應(yīng)中更易吸附及活化NH3，并使其與NOx進行反應(yīng)。在400ppmNO/400 ppm NH3/2％O2/N2及空速30，000 ml·g-1·h-1條件下，錳基復(fù)合金屬氧化物在100-250℃催化NH3-SCR反應(yīng)均達到90％以上NOx轉(zhuǎn)化率。進一步考察前驅(qū)體合成溫度對鈷錳、鐵錳及鎳錳氧化物等產(chǎn)物影響研究表明低溫(-10℃)環(huán)境有利于合成高催化脫硝活性的錳基復(fù)合金屬氧化物

6、。
　　3.鈷基金屬氮化物的制備及其分解NO性能研究。在NH3中對Co3O4納米棒及納米顆粒進行還原氮化制備Co4N晶體。對Co4N分解NO活性考察，發(fā)現(xiàn)Co4N晶體具有一定分解NO的能力，但在分解NO時表面易吸附NO分解生成的氧物種，造成Co4N分解NO活性的下降。在引入還原性氣氛CO后，Co4N分解NO活性及穩(wěn)定性可顯著提高，在500 ppm NO/500 ppm CO/He、空速60，000 ml·g-1·h-1、恒溫400