鈣鈦礦催化劑用于氨選擇性還原氮氧化物的研究進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2021-02-12 11:53
氨選擇性催化還原氮氧化物（NOx）技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的催化脫硝技術(shù),鈣鈦礦材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、良好的穩(wěn)定性且環(huán)保無(wú)害的特點(diǎn)成為選擇性催化還原NOx領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于鈣鈦礦NH3-SCR催化劑的研究進(jìn)展,較為全面地對(duì)鈣鈦礦催化劑的主要類型、脫硝活性、構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了論述,同時(shí)介紹了鈣鈦礦在光輔助SCR技術(shù)這一全新領(lǐng)域的研究進(jìn)展,并總結(jié)了鈣鈦礦催化劑的NH3-SCR反應(yīng)機(jī)制,對(duì)該領(lǐng)域未來(lái)可能的發(fā)展方向和研究目標(biāo)進(jìn)行了展望。
【文章來(lái)源】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,39(05)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)
【部分圖文】：
La1-xCexMnO3/ATP納米復(fù)合材料上NH3-SCR吸附反應(yīng)機(jī)制[23]
對(duì)于NH3-SCR反應(yīng)來(lái)說(shuō),決定其反應(yīng)速率及活性的關(guān)鍵步驟是反應(yīng)物在催化劑表面的吸附,而根據(jù)氮氧化物在反應(yīng)過(guò)程中吸附狀態(tài)的不同,該催化反應(yīng)分為2種機(jī)制(圖3)[4]:(1)Eley-Rideal(E-R)機(jī)制:首先,NH3吸附在L酸位點(diǎn)或B酸位點(diǎn)上,然后被吸附活化的NH3物種直接與氣態(tài)NO反應(yīng),生成活性中間體NH2NO/NH3NO,隨后分解為N2和H2O。同時(shí),高價(jià)氧化還原位點(diǎn)還原成較低的化合價(jià),可以被O2再氧化以完成氧化還原循環(huán)。(2)Langmuir-Hinshelwood(L-H)機(jī)制:NH3吸附在酸性位點(diǎn)上形成NH+4離子,NO被高價(jià)氧化還原位點(diǎn)氧化形成具有活性的雙齒硝酸鹽/橋式硝酸鹽/單齒亞硝酸鹽,后者與NH+4反應(yīng)形成NH4NO2/ NH4NO3,隨后分解為N2和H2O。同時(shí),高價(jià)氧化還原位點(diǎn)還原成較低的化合價(jià),可以被O2再氧化以完成氧化還原循環(huán)。Zhang等[12]提出了一種低溫下NO和NH3在LaMnO3催化劑上進(jìn)行SCR反應(yīng)的L-H機(jī)制:首先氣態(tài)NH3和NO分別以NH+4離子和亞硝�；锓N的形式吸附在LaMnO3表面,隨后被氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽。最后NH+4離子與活性亞硝酸鹽反應(yīng)生成不穩(wěn)定的亞硝酸銨,最終產(chǎn)生N2。研究者認(rèn)為這2種機(jī)制在SCR反應(yīng)中同時(shí)存在[33],而不同的反應(yīng)溫度、還原劑和催化劑都可能導(dǎo)致某一種機(jī)制占主導(dǎo)地位。需要注意的是,在鈣鈦礦NH3-SCR脫硝領(lǐng)域,機(jī)制研究還比較淺顯,而不同體系的鈣鈦礦材料催化過(guò)程也不盡相同,迄今為止尚未達(dá)成共識(shí)。在NH3-SCR反應(yīng)中,NH3吸附活化和活性位點(diǎn)的氧化還原循環(huán)是2個(gè)重要過(guò)程,研究催化劑的氧化還原性質(zhì)和酸性位點(diǎn)對(duì)追蹤反應(yīng)過(guò)程至關(guān)重要。通常,催化劑的氧化還原性質(zhì)和表面酸性位點(diǎn)分別決定了低溫和高溫活性[34]。優(yōu)異的氧化還原能力可以產(chǎn)生活性NH2和NO2,分別通過(guò)E-R機(jī)制和“快速SCR反應(yīng)”提高反應(yīng)效率,但過(guò)強(qiáng)的氧化還原性能會(huì)導(dǎo)致NH3或者反應(yīng)中間物種的脫氫,產(chǎn)生NH物種,從而降低NH3-SCR活性及N2選擇性。較強(qiáng)的酸性位點(diǎn)有利于形成吸附態(tài)NH3/NH+4物種,是形成NH2物種和隨后與活性亞硝酸鹽/硝酸鹽反應(yīng)的先決條件。因此,這兩部分的研究對(duì)于提高反應(yīng)活性、拓寬反應(yīng)溫度窗口有著重要意義。
鈣鈦礦催化劑主要有ABO3型、A1-xA′xB1-yB′yO3摻雜型和負(fù)載型。單純的ABO3型鈣鈦礦因表面酸堿性位點(diǎn)較少,氧化還原能力不易調(diào)控,無(wú)法取得理想的活性。通過(guò)摻雜其他元素,可以改變?cè)鼗蠎B(tài)、制造缺陷,調(diào)變氧化還原能力,提高催化性能。將鈣鈦礦負(fù)載到其他載體上,利用載體的特殊結(jié)構(gòu)和微觀性能,增加催化劑的比表面積和催化活性位點(diǎn)。同時(shí)鈣鈦礦高度均勻分散,減少鈣鈦礦用量且達(dá)到相同催化效果,可有效降低催化劑成本[10]。1.1 ABO3型鈣鈦礦
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈣鈦礦型催化劑La1-xSrxMn0.95Ni0.05O3氨氣選擇性催化還原NO[J]. 阿榮塔娜,李永紅,李曉良. 化工進(jìn)展. 2014(04)
[2]用于NH3選擇性催化還原NO的非釩基催化劑研究進(jìn)展[J]. 劉福東,單文坡,石曉燕,張長(zhǎng)斌,賀泓. 催化學(xué)報(bào). 2011(07)
[3]Effect of strontium substitution on the activity of La2-xSrxNiO4（x=0.0-1.2）in NO decomposition[J]. ZHU JunJiang 1 ,YANG XiangGuang 2 ,XU XueLian 3 &WEI KeMei 1 1 National Research Center of Chemical Fertilizer Catalysts,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China; 2 Changchun Institute of Applied Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130022,China; 3College of Chemistry&Chemical Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China. Science in China（Series B:Chemistry）. 2007(01)
本文編號(hào)：3030825
【文章來(lái)源】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,39(05)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)
【部分圖文】：
La1-xCexMnO3/ATP納米復(fù)合材料上NH3-SCR吸附反應(yīng)機(jī)制[23]
對(duì)于NH3-SCR反應(yīng)來(lái)說(shuō),決定其反應(yīng)速率及活性的關(guān)鍵步驟是反應(yīng)物在催化劑表面的吸附,而根據(jù)氮氧化物在反應(yīng)過(guò)程中吸附狀態(tài)的不同,該催化反應(yīng)分為2種機(jī)制(圖3)[4]:(1)Eley-Rideal(E-R)機(jī)制:首先,NH3吸附在L酸位點(diǎn)或B酸位點(diǎn)上,然后被吸附活化的NH3物種直接與氣態(tài)NO反應(yīng),生成活性中間體NH2NO/NH3NO,隨后分解為N2和H2O。同時(shí),高價(jià)氧化還原位點(diǎn)還原成較低的化合價(jià),可以被O2再氧化以完成氧化還原循環(huán)。(2)Langmuir-Hinshelwood(L-H)機(jī)制:NH3吸附在酸性位點(diǎn)上形成NH+4離子,NO被高價(jià)氧化還原位點(diǎn)氧化形成具有活性的雙齒硝酸鹽/橋式硝酸鹽/單齒亞硝酸鹽,后者與NH+4反應(yīng)形成NH4NO2/ NH4NO3,隨后分解為N2和H2O。同時(shí),高價(jià)氧化還原位點(diǎn)還原成較低的化合價(jià),可以被O2再氧化以完成氧化還原循環(huán)。Zhang等[12]提出了一種低溫下NO和NH3在LaMnO3催化劑上進(jìn)行SCR反應(yīng)的L-H機(jī)制:首先氣態(tài)NH3和NO分別以NH+4離子和亞硝�；锓N的形式吸附在LaMnO3表面,隨后被氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽。最后NH+4離子與活性亞硝酸鹽反應(yīng)生成不穩(wěn)定的亞硝酸銨,最終產(chǎn)生N2。研究者認(rèn)為這2種機(jī)制在SCR反應(yīng)中同時(shí)存在[33],而不同的反應(yīng)溫度、還原劑和催化劑都可能導(dǎo)致某一種機(jī)制占主導(dǎo)地位。需要注意的是,在鈣鈦礦NH3-SCR脫硝領(lǐng)域,機(jī)制研究還比較淺顯,而不同體系的鈣鈦礦材料催化過(guò)程也不盡相同,迄今為止尚未達(dá)成共識(shí)。在NH3-SCR反應(yīng)中,NH3吸附活化和活性位點(diǎn)的氧化還原循環(huán)是2個(gè)重要過(guò)程,研究催化劑的氧化還原性質(zhì)和酸性位點(diǎn)對(duì)追蹤反應(yīng)過(guò)程至關(guān)重要。通常,催化劑的氧化還原性質(zhì)和表面酸性位點(diǎn)分別決定了低溫和高溫活性[34]。優(yōu)異的氧化還原能力可以產(chǎn)生活性NH2和NO2,分別通過(guò)E-R機(jī)制和“快速SCR反應(yīng)”提高反應(yīng)效率,但過(guò)強(qiáng)的氧化還原性能會(huì)導(dǎo)致NH3或者反應(yīng)中間物種的脫氫,產(chǎn)生NH物種,從而降低NH3-SCR活性及N2選擇性。較強(qiáng)的酸性位點(diǎn)有利于形成吸附態(tài)NH3/NH+4物種,是形成NH2物種和隨后與活性亞硝酸鹽/硝酸鹽反應(yīng)的先決條件。因此,這兩部分的研究對(duì)于提高反應(yīng)活性、拓寬反應(yīng)溫度窗口有著重要意義。
鈣鈦礦催化劑主要有ABO3型、A1-xA′xB1-yB′yO3摻雜型和負(fù)載型。單純的ABO3型鈣鈦礦因表面酸堿性位點(diǎn)較少,氧化還原能力不易調(diào)控,無(wú)法取得理想的活性。通過(guò)摻雜其他元素,可以改變?cè)鼗蠎B(tài)、制造缺陷,調(diào)變氧化還原能力,提高催化性能。將鈣鈦礦負(fù)載到其他載體上,利用載體的特殊結(jié)構(gòu)和微觀性能,增加催化劑的比表面積和催化活性位點(diǎn)。同時(shí)鈣鈦礦高度均勻分散,減少鈣鈦礦用量且達(dá)到相同催化效果,可有效降低催化劑成本[10]。1.1 ABO3型鈣鈦礦
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈣鈦礦型催化劑La1-xSrxMn0.95Ni0.05O3氨氣選擇性催化還原NO[J]. 阿榮塔娜,李永紅,李曉良. 化工進(jìn)展. 2014(04)
[2]用于NH3選擇性催化還原NO的非釩基催化劑研究進(jìn)展[J]. 劉福東,單文坡,石曉燕,張長(zhǎng)斌,賀泓. 催化學(xué)報(bào). 2011(07)
[3]Effect of strontium substitution on the activity of La2-xSrxNiO4（x=0.0-1.2）in NO decomposition[J]. ZHU JunJiang 1 ,YANG XiangGuang 2 ,XU XueLian 3 &WEI KeMei 1 1 National Research Center of Chemical Fertilizer Catalysts,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China; 2 Changchun Institute of Applied Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130022,China; 3College of Chemistry&Chemical Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China. Science in China（Series B:Chemistry）. 2007(01)
本文編號(hào)：3030825
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