铈锆氧化物用于NH3选择性催化还原去除柴油车尾气中的NOx

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柴油车排放的污染物氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染物之一。NH3选择性催化还原NOx,即NH3-SCR技术是当前净化富氧尾气中NOx的主流技术之一。广泛用于固定源脱硝的V2O5-WO3/TiO2体系,在用于柴油车尾气控制仍然存在许多问题,例如活性组分钒具有较强的毒性,活性温度窗口较窄,高温时SO2氧化为SO3等。因此,开发新型高效的SCR催化剂以取代传统的钒基催化剂具有非常重要的意义。铈锆氧化物同时具有CeO2的氧化还原能力以及ZrO2的高热稳定性,有望应用于柴油车尾气NOx净化过程。  本论文首先考察了各组分含量、Ce前驱体和沉淀剂类型对CeMoZrOx催化剂NH3-SCR活性的影响,并研究了CeMoZrOx的抗H2O/SO2中毒能力以及热稳定性。以硝酸铈为前驱体,以尿素为沉淀剂,采用均匀沉淀法制备的CeMo0.5Zr2Ox催化剂(各元素摩尔比为Ce∶Mo∶Zr=1∶0.5∶2)具有最高的SCR活性,同时在250℃以上具有较强的抗H2O/SO2中毒以及热稳定性。N2物理吸附、X射线衍射(XRD)、可见拉曼(Visible Raman)、H2程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)以及原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ DRIFTS)等多种表征结果表明,以硝酸铈为前驱体,以尿素为沉淀剂制备的CeMo0.5Zr2Ox催化剂具有较大的表面积、强的氧化还原能力和较为丰富的表面Ce3+物种,同时对反应物种NH3和NOx具有较强的吸附能力,因而具有较强的NH3-SCR性能。  CeMo0.5Zr2Ox催化剂虽然具有较高的NH3-SCR性能,但是其高温N2选择性较差,在450℃时N2生成选择性仅为60%。文献表明,Nb可以显著提高CeO2的SCR活性和N2选择性,因此又制备了CeNbZrOx催化剂。结果显示,Nb的添加显著提高了CeZrOx在NH3-SCR反应中的NOx转化率和N2生成选择性。性能最优的CeNb3.0Zr2Ox催化剂的活性和选择性均高于CeMo0.5Zr2Ox催化剂,同时在中高温段具有优异的抗H2O/SO2中毒能力。Nb的添加显著提高了催化剂的表面积,使催化剂由晶体结构转变为无定形结构,同时提高了氧化还原能力。另一方面,Nb的添加增加了催化剂表面酸性位点的数量,增强了表面酸性位的强度,提高了催化剂表面吸附的NH3和NO3-等物种的反应活性。CeNb3.0Zr2Ox相对于目前报道的氧化物催化剂,具有极佳的水热稳定性,在经800℃高温水热老化后,仍拥有大量的酸性位点和较强的氧化还原能力。
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