选择性催化还原NOx催化剂Ag-Pd/AlO的硫中毒机理研究及其抗硫性能改进

来源 :中国科学院生态环境研究中心 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kanoabin
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到目前为至,Ag/Al2O3是最有希望应用于富氧条件下碳氢化合物选择性催化还原NOx的催化剂之一,向Ag/Al2O3添加少量的Pd提高了丙烯还原NOx时的低温活性,有SO2时却加重了催化剂的中毒。
   本文从催化剂的改良和更换还原剂的角度对Ag/Al2O3的催化能力进行了改进,同时研究了催化剂的硫中毒机理。主要通过催化活性评价、原位红外光谱(Insitu DRIFTS)、程序升温脱附(TPD)、比表面积(BET)、等离子体电感耦合原子发射光谱仪(ICP-OES)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等研究手段,并结合密度泛函理论(DFT)模拟计算,研究了不同催化剂上催化反应的进行机理,并在此基础上考察了SO2对不同催化剂和还原剂组合的影响,获得了如下创新性成果:
   1.ICP-OES、XRD结果说明向Ag/Al2O3中添加少量的Pd会使催化剂表面出现更多的硫酸盐,可能是Pd促进了SO2向SO3的氧化,然后SO3从Pd位溢流到Ag位和Al位,从而有更多的硫酸盐在催化剂表面形成。XRD结果同时说明硫酸盐中毒后,催化剂表面出现了硫酸银晶型,导致活性组分的数目减少。
   2.阐明了丙烯和乙醇做还原剂时耐硫性差异的根本原因。丙烯和乙醇在Ag-Pd/Al2O3催化剂表面部分氧化达到稳态后通入SO2,硫酸盐难以生成,对两者部分氧化影响都不明显;但如果硫酸盐先在催化剂表面吸附饱和,丙烯的部分氧化将会受到明显的抑制,而通入乙醇后,会使表面的硫酸盐被还原,因而Ag-Pd/Al2O3—乙醇体系表现出很强的抗硫效果。
   3.合理解释了硫酸盐对NOx的选择性催化还原过程中表面物种的不同影响。理论计算的乙酸盐和烯醇式物种的吸附能接近硫酸盐的吸附能,因而硫酸盐并不能够置换表面已形成的乙酸盐和烯醇式物种。而硝酸盐和硫酸盐在催化剂表面争夺相同的吸附位,且硝酸盐的吸附能远小于硫酸盐的吸附能,因此硫酸盐能够把已形成的硝酸盐从表面置换,当硫酸盐在催化剂表面吸附饱和后,硝酸盐的形成将完全受到抑制。因而要从根本上提高催化剂的耐硫性,必须降低硫酸盐在催化剂表面的生成量。
   4.解释了Ag-Pd/Al2O3-SiO2—乙醇体系具有高抗硫性的机理。用SiO2对Ag-Pd/Al2O3进行改进后,在完全相同的中毒实验条件下,硫酸盐在催化剂表面的生成降低了1/3,是由于SiO2的添加阻碍了SO3从Pd位到Ag位和Al位的溢流。在用乙醇还原NOx时,由于乙醇的存在会使硫酸盐被部分还原,使得硫酸盐很难在催化剂表面累积,因而Ag-Pd/Al2O3-SiO2—乙醇具有很好的抗硫性。
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