上海電力大學郭瑞堂教授課題組Fuel：Nb改性的CuCeOx 催化劑對低溫NH3-SCR技術選擇性催化還原 NO的促進作用

meiweifengmaozi 5個月前 (03-19) 791瀏覽

一、【導讀】

? ? NO是主要的工業煙氣，其排放會對生態環境造成嚴重污染，不僅會引起光化學霧霾，還會產生PM₁₀和PM_2.5等顆粒物，嚴重損害人們的健康。利用NH₃-SCR技術選擇性催化還原NO，具有較高的NO轉化率和沒有二次污染的優勢，是目前最成熟、最有效的脫硝技術。其中，商用的V₂O₅-WO₃（MoO₃）/TiO₂催化劑在去除NO方面具有良好的性能，在煙氣脫硝領域具有廣泛的應用，但仍然存在一定的局限性，如工作溫度范圍較窄（350-400℃），VO_x的生物毒性嚴重，SO₂的存在極容易形成硫酸氫銨鹽，導致催化劑部分失活。因此，探索在低溫范圍內研制具有高活性、耐SO₂能力強的新型NH₃-SCR催化劑具有重要意義。

? ? 目前，許多過渡金屬氧化物催化劑體系，如CeO₂-MnO_x?、CeO₂-TiO₂?、CuO-MnO_x?和CeO₂-CuO ，在低溫NH₃-SCR技術中得到了廣泛的研究。但是這類催化體系仍然存在工作溫度范圍狹窄的問題，這極大的限制了其在工業中的應用。為了解決這個問題,研究人員添加了第三種金屬元素到催化體系中，這些過渡金屬氧化物中NbO因其較強的酸性和氧化還原能力得到了廣泛的研究，但催化劑在低溫下的弱水阻力卻限制了其工業應用。因此，利用不同的制備方法合成一種具有高水阻力和較寬溫度范圍的NbCuCe催化劑已經得到了廣泛的研究。

二、【成果掠影】

? ? 近日，上海電力大學郭瑞堂教授課題組采用檸檬酸法獲得了不同Nb摻雜比的CuCeO_x和CuCeNbO_x-k ，并應用于NH₃-SCR技術。活性測試結果表明，Nb的添加有效地改善了低溫SCR性能。其中，CuCeNbO_x-0.4催化劑具有最好的SCR活性,在185-370℃下NO轉化率大于90%、最高的N₂選擇性、優異的SO₂&H₂O阻力和熱穩定性。大量表征分析表明，CuCeNbO_X-0.4具有最大的比表面積、最強的表面酸性和最優異的氧化還原性能。原位DRIFT結論表明Nb修飾可以產生更多的活化物種，增強ad-NH₃和ad-NO_X的反應活性，CuCeNbO_x-0.4上的SCR反應主要遵循 Langmuir-Hinshelwood(LH)和 Eley-Rideal(ER）機制。此外，Nb摻雜還形成了雙氧化還原循環（Cu²⁺+Nb⁴⁺? Cu⁺+Nb⁵⁺，Cu²⁺+Ce³⁺? Cu⁺+Ce⁴⁺）,有利于低溫SCR反應。相關研究成果以“Promotional role of Nb modification on CuCeO_x?catalyst for low temperature selective catalytic reduction of NO with NH₃: A mechanism investigation”為題發表在Fuel上。

三、【核心創新點】

? ? Nb的引入增加了Ce³⁺、Cu²⁺和O_β的比值，促進了反應物的活化，并通過快速SCR反應提高了樣品的催化活性。原位DRIFT譜表明，Nb修飾增強了ad-NH₃和ad-NO_x的反應活性。此外，Nb的摻雜不僅提高了CuCeNbOx-0.4的表面酸度，還形成了雙氧化還原循環（Cu²⁺+Nb⁴⁺? Cu⁺+Nb⁵⁺，Cu²⁺+Ce³⁺? Cu⁺+Ce⁴⁺），提高了催化劑的氧化還原性能，促進了低溫SCR反應。

四、【數據概覽】

圖1 ?(A) Nb₂O₅、CuCeO_x和CuCeNbO_x-k樣品的SCR活性?(B) Nb₂O₅、CuCeO_x和CuCeNbO_x-k樣品對N₂的選擇性。反應條件：[NH₃]=[NO]=600ppm，5% O₂，Ar為平衡，GHSV=108,000h^?1???2022 Elsevier Ltd.

圖2??(A)CuCeO_x和CuCeNbO_x-0.4樣品對H₂O和SO2的抗性?(B)CuCeO_x和CuCeNbO_x-0.4樣品的穩定性，反應條件：600 ppm NO，600 ppmNH₃，5% O₂,?5%H₂O和100ppmSO₂，250?C，Ar平衡，GHSV=108,000h^?1^???2022 Elsevier Ltd.

圖3 ?Nb₂O₅、CuCeO_x和CuCeNbO_x-k樣品的XRD圖譜???2022 Elsevier Ltd.

圖4??Nb₂O₅、CuCeO_x和CuCeNbO_x-0.4的(A) Ce 3d、(B) Cu 2p、(C) O 1s (D) Nb 3d的XPS光譜???2022 Elsevier Ltd.

圖5 ?Nb₂O₅、CuCeO_x和CuCeNbO_x-k樣品的H₂-TPR圖 ??2022 Elsevier Ltd.

圖6 ?Nb₂O₅、CuCeO_x和CuCeNbO_x-k樣品的NH₃-TPD光譜圖 ??2022 Elsevier Ltd.

圖7 ?Nb₂O₅、CuCeO_x和CuCeNbO_x-k樣品的NO氧化活性。反應條件： [NO] = 600 ppm，[O₂] = 5%，平衡Ar，催化劑質量= 0.35 g，GHSV = 108,000 h^{-1 ?}?2022 Elsevier Ltd.