納米Mn-Ce氧化物脫硝性能及協(xié)同催化機理研究.pdf

1、日益惡化的環(huán)境使大氣污染防治問題越來越受到重視，日益嚴格的 NOx排放標準給大氣污染治理提出了更高的要求。目前應(yīng)用最為廣泛的 V2O5-WO3/TiO2系SCR催化劑越發(fā)無法適應(yīng)新的脫硝環(huán)境，無法滿足新的脫硝性能需求。探索出新型煙氣脫硝技術(shù)和煙氣脫硝催化劑已迫在眉睫。本文通過兩個方面制備出新型催化劑：1、利用納米結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，從催化劑微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化催化性能。2、利用最具脫硝潛力的Mn、Ce氧化物作為活性組分替代V，增強催化劑活性。
　　

2、首先，采用水熱法制備納米結(jié)構(gòu)的CeO2催化劑。通過反復(fù)實驗校正，最終制備出納米粒子和納米棒狀 CeO2催化劑。以商用 CeO2作為參比，研究了結(jié)構(gòu)對催化劑性能的影響。結(jié)果表明，催化劑微觀粒子越小，催化性能越強，但抗高溫失活性能有所下降。對催化劑進行BET表征發(fā)現(xiàn)，納米結(jié)構(gòu)能夠明顯增大催化劑比表面積，但大部分為1-2nm的微孔結(jié)構(gòu)，對催化性能沒有明顯的提升作用。利用XPS、NH3-TPD和電鏡表征各催化劑后發(fā)現(xiàn)，納米棒狀CeO2表面具有最

3、多的酸性位和表面吸附氧。電化學(xué)性能測試方面，納米棒狀CeO2具有更多的活性分子，使得棒狀催化劑能夠在低溫和中高溫區(qū)表現(xiàn)出最好的催化性能。但也由于粒子較小，對溫度的敏感性比較高，更加容易高溫失活。
　　其次研究了Mn負載對催化劑性能的影響。同樣利用水熱法，以KMnO4為原料，將Mn負載到了納米結(jié)構(gòu)CeO2表面。電鏡結(jié)果顯示，Mn是以包裹的形式負載到CeO2表面。Mn負載后催化劑微觀離子變大，增大了催化劑的孔徑和比表面積，一定程度上促

4、進了催化性能的提升。CeO2基體形貌幾乎沒有改變，MnOx在表層以片狀結(jié)構(gòu)存在，且呈現(xiàn)+2、+3和+4多種價態(tài)。Mn負載后催化劑表現(xiàn)出了良好的低溫催化活性，同時降低了高溫失活效應(yīng)的起始溫度。通過電化學(xué)分析知道Mn具有更強的氧化還原性能和循環(huán)性能，負載量比較大的納米棒狀催化劑，表現(xiàn)出了更好的催化劑活性。
　　最后研究了催化劑中 Mn、Ce之間的協(xié)同作用機理。實驗對比了負載前后催化劑和純MnOx的脫硝性能。結(jié)果顯示，復(fù)合催化劑性能不僅

5、高于純納米CeO2，還表現(xiàn)出了比純MnOx更高的催化活性，證明了催化劑不同成分間協(xié)同作用的存在。復(fù)合催化劑的熱重分析結(jié)果同樣證明了 Mn、Ce之間存在明顯的協(xié)同效應(yīng)。根據(jù)Mn、Ce催化劑的催化機理，分析得出了復(fù)合催化劑脫硝協(xié)同作用機理：Mn氧化物充當活性物質(zhì)，通過自身氧化還原的循環(huán)作用完成脫硝反應(yīng)；Ce氧化物作為助催化劑，以強氧化性能促進MnOx的氧化，以高的儲氧能力為催化反應(yīng)補充吸附氧，自身被MnOx還原。還原得到的Ce2O3經(jīng)過O2