鈰鉻基氨選擇性催化還原氮氧化物催化劑的研究.pdf

1、氮氧化物能夠引起酸雨和光化學煙霧，已成為大氣環(huán)境的主要污染物之一。如何控制和治理日益嚴重的氮氧化物污染已經(jīng)成為國際上研究的熱點。氨氣選擇性催化還原氮氧化物技術(SCR)是目前治理氮氧化物應用最廣泛的技術，高活性的SCR催化劑一直是人們研究的焦點。復合金屬氧化物由于其特殊的晶體結構和較高的氧化還原能力越來越受到人們關注，在SCR領域具有廣闊的應用前景。
　　 CeO2由于其獨特的氧化還原能力和酸堿性能，作為助催化劑或活性組分廣泛地

2、應用于催化領域。CeO2晶格中部分Ce4+被尺寸較小的低價態(tài)離子取代形成的固溶體，顯示出更高的熱穩(wěn)定性、儲氧能力和催化性能，對CeO2的摻雜改性引起了研究者和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關注。而Cr作為變價元素，具有優(yōu)異的氧化還原能力，因此將Cr摻入CeO2中可能會有意想不到的NOx去除效果。
　　 本文以氨水為沉淀劑采用共沉淀法制備了鈰鉻復合氧化物，利用N2吸附/脫附、X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)對合成樣品的晶相、孔結構性質(zhì)

3、、形貌進行表征；利用拉曼光譜(Raman)、X射線光電子能譜(XPS)等對合成樣品的表面特性進行了表征。利用氫氣程序升溫還原（H2-TPR）技術對催化劑的還原性能進行了研究。分析了Cr的含量、焙燒溫度對合成鈰鉻復合氧化物結構以及形貌的影響。利用固定床反應器，采用NOx分析儀和四極質(zhì)譜，對復合氧化物的氮氧化物的選擇性催化還原性能進行了研究。
　　 研究結果表明，對于未焙燒樣品，Cr摻雜的復合氧化物與CeO2相比具有更高的比表面積；

4、TEM結果顯示，Cr的摻雜使得復合氧化物的形貌發(fā)生顯著變化，當Cr含量為1-5at.％時，樣品呈現(xiàn)長約60-150nm、直徑為15-20nm的棒狀結構，進一步增加Cr含量，納米棒的比例逐漸降低，當Cr的摻雜量達到20at.％時，已經(jīng)觀察不到納米棒的存在。
　　 焙燒后樣品的表征結果顯示，當Cr摻雜量≤3at.％時，復合氧化物抗燒結能力比CeO2有了明顯提高，進一步增加Cr的摻雜量，復合氧化物的比表面積衰減幅度變大，Cr含量為20

5、at.％樣品的比表面積衰減了75％；XRD結果表明，650℃焙燒后Cr摻雜量20at.％樣品析出了Cr2O3的晶相。XPS和Raman結果證實，在鈰鉻復合氧化物中Ce主要是以Ce4+形式存在，同時也有少量的Ce3+存在；而Cr是以Cr6+和Cr3+兩種形式存在的，并且主要富集在催化劑表面。由于Ce3+以及Cr3+、Cr6+的存在，致使鈰鉻復合氧化物的氧空位數(shù)較之CeO2明顯增加。
　　 H2-TPR測試結果表明，Cr的摻雜提高了

6、復合氧化物的氧化還原性能。結合表征結果證實復合氧化物中存在兩種Cr6+物種：可溶性的Cr6+以及嫁接型Cr6+，前者較后者更容易被還原。而嫁接型Cr6+與Ce4+之間存在相互作用，一方面限制了Cr6+的還原，另一方面又促進了Ce4+的還原，使得復合氧化物的氧化還原能力比CeO2有了顯著增強。
　　 氨選擇性催化還原氮氧化物的性能測試結果表明，Cr的摻雜對復合氧化物的活性有明顯的促進作用，結合表征結果推斷Cr的摻雜提高了復合氧化物

7、的氧化還原性能，并產(chǎn)生了更多的氧空位，有利于NO在催化劑上的預氧化，促進了催化反應的進行。雖然400℃焙燒樣品相比650℃有更大的比表面積，但是反應出來的活性數(shù)據(jù)卻顯示兩者相差不大，這說明對于NH3-SCR反應體系，比表面積是影響活性的重要因素，但并不是唯一因素。比較了不同合成方法合成的Ce90Cr10樣品的活性，結果顯示大的比表面積使得富集在催化劑表面的Cr6+物種分散更均勻，與反應氣氛接觸時能夠提供更多的活性點，有利于NOx的去除，