北京化工大學劉志明課題組最新Chem. Eng. J：Mn-Co強相互作用增強催化劑抗硫性能

一、 【導讀】??

NH₃選擇性催化還原NO_x（NH₃-SCR）被認為是最有效的脫硝技術之一，商用V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂催化劑在300-400 ^oC可以高效還原NO_x，已在電廠NO_x控制中廣泛應用。然而，對于溫度低于200 ^oC的非電行業（鋼鐵、水泥、玻璃）煙氣，這種催化劑不再適用。因此，亟需開發低溫NH₃-SCR催化劑。錳基催化劑由于具有較高的低溫脫硝活性和熱穩定性，得到了研究人員的廣泛關注。但在含SO₂的氣氛中，錳基催化劑容易中毒失活。研究發現制備復合金屬氧化物是提高錳基催化劑抗硫性能的有效策略之一，其中Mn-Co復合氧化物具有良好的抗硫性能。然而，Co對Mn基催化劑抗硫性能的增強機制尚不清楚。

二、【成果掠影】

北京化工大學劉志明教授課題組開發了一種多孔球形MnCoO_x脫硝催化劑，與MnO_x催化劑相比，MnCoO_x表現出更高的低溫活性和抗SO₂性能。在75-200 ^oC之間，Mn(5)Co(5)O_x達到了85%以上的NO_x轉化率。在SO₂存在時，Mn(5)Co(5)O_x的NO_x轉化率可以保持在85%以上10小時，且切斷SO₂后活性可以恢復。Mn-Co之間的強相互作用體現在：（1）增強了催化劑的氧化還原能力，有利于NO的活化；（2）抑制了MnSO₄的生成，從而了提高了MnCoO_x的抗硫性能。

相關研究工作以“Mechanistic investigation of the enhanced SO₂ resistance of Co-modified MnO_x catalyst for the selective catalytic reduction of NO_x by NH₃”為題發表在國際頂級期刊Chemical Engineering Journal上。

?三、【核心創新點】

1、合成了一種球形多孔MnCoO_x催化劑，具有優異的低溫脫硝活性和抗SO₂性能，在50 ppm SO₂中，10小時內均具有85%以上的NO_x轉化率，且切斷SO₂后活性可恢復。

2、由于Mn和Co的強相互作用，MnCoO_x上形成了更強的Lewis酸性位點，抑制了SO₂的吸附，減少了MnSO₄的形成，從而表現出良好的抗硫性能。

?四、【數據概覽】

圖1? 不同Mn/Co摩爾比的MnO_x、CoO_x和MnCoO_x催化劑的NH₃-SCR活性。? ? 2022 Elsevier B.V.

圖2? H₂O和SO₂對Mn(5)Co(5)O_x催化劑NH₃-SCR活性的影響。? 2022 Elsevier B.V. （a）125 ^oC，H₂O+SO₂；（b）175 ^oC，H₂O+SO₂；（c）175 ^oC，H₂O/SO₂

圖3? MnO_x和Mn(5)Co(5)O_x催化劑上紅外峰強度隨時間的變化。（a）先吸附NH₃再通入NO/O₂；（b）通入NO/O₂ 60 min后再次切換NH₃? ? 2022 Elsevier B.V.

圖4? 175 ^oC下，NO+SO₂+O₂在MnO_x(a)和Mn(5)Co(5)O_x(b)催化劑上時間分辨的DRIFTS譜圖及歸一化的NO/SO₂峰強-吸附時間圖(c)? ? 2022 Elsevier B.V.

五、【成果啟示】

本研究中，作者以葡萄糖為造孔劑，尿素為結構導向劑，制備了多孔球形MnCoO_x催化劑。Co的引入幫助構建了Co³⁺ + Mn³⁺? Mn⁴⁺ + Co²⁺的氧化還原循環，豐富的表面吸附氧物種有助于將NO氧化為NO₂，從而促進快速SCR反應的發生，最終增強了MnCoO_x的低溫脫硝活性。此外，Mn(5)Co(5)O_x催化劑的高抗SO₂性能歸因于Mn和Co之間的強相互作用使催化劑表面形成了更強的Lewis酸位點，減少了SO₂的吸附，從而抑制了MnSO₄的形成，使得Mn(5)Co(5)O_x催化劑可以通過Langmuir-Hinshelwood和Eley-Rideal機理進行反應。本工作揭示了Co對Mn基催化劑抗硫性能的增強機制，為設計具有優異抗硫性能的Mn基催化劑提供了指導。

原文詳情：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139207

本文由希恩斯供稿