N2气氛下焙烧制备的Mn基催化剂催化NOx脱除性能的提升机理:低MnOx结晶度与氧化度

• Published in: 催化学报 Vol. 38; no. 5; pp. 845 - 852
• Main Author: 齐凯;谢峻林;方德;李凤祥;何峰
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 武汉理工大学材料研究与测试中心, 湖北武汉 430070 2017; 武汉理工大学材料科学与工程学院, 湖北武汉 430070; 武汉理工大学材料科学与工程学院, 湖北武汉 430070%武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 湖北武汉 430070; 武汉理工大学材料研究与测试中心, 湖北武汉 430070%武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 湖北武汉 430070; 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,湖北武汉,430070%武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 湖北武汉 430070
• Subjects: 锰基催化剂;选择性催化还原;焙烧气氛;锰物种;氧化度;结晶度; Mn species; Mn-based catalyst; 选择性催化还原; 锰基催化剂; 氧化度; Oxidation degree; Crystallization degree; 锰物种; 焙烧气氛; 结晶度; Selective catalytic reduction; Calcination atmosphere
• ISSN: 0253-9837; 1872-2067
• DOI: 10.1016/S1872-2067(17)62814-6

在众多的氧化物类NH3-SCR催化剂体系中,Mn基氧化物催化剂因具有极高的低温(≤473K)脱硝性能而备受关注.其主要原因可能是Mn物种具有丰富的可变价态,作为活性组分的MnOx能够提供自由电子.大量研究发现,由于不同金属元素间协同作用的存在,复合金属氧化物的催化脱硝活性普遍优于单金属氧化物类催化剂.为了抑制MnOx在锻烧过程中的烧结,提高MnOx的催化活性,一系列过渡金属氧化物,如Fe,Cu,Ni和Cr等的氧化物,被用来作为改性剂加入到MnOx催化剂中.近年来,很多研究者将稀土元素作为改性剂加入到MnOx催化剂中,并发现稀土金属氧化物的添加可以改善催化剂的活性、选择性、热稳定性及抗毒性能,是良好的添加助剂,其中对Ce的关注度颇高.而储氧性能是CeO2最重要的性质,CeO2对氧气的存储和释放可以通过Ce4+和Ce3+两种价态之间的变化实现.文献研究表明,将CeO2加入到锰氧化物材料中,能够提高锰氧化物在程序升温脱附过程中氧的脱附量,并且在低温条件下能够为锰氧化物提供氧,从而对锰氧化物的氧化态产生影响.此外,我国拥有丰厚的稀土Ce资源储备,使得锰铈复合氧化物在吸附脱除NOx方面得到广泛应用.催化剂作为选择性催化还原(SCR)工艺的核心,现阶段的研究重点主要集中于新型低温高活性催化剂的研究,如活性组分、载体组分、焙烧温度、焙烧时间及焙烧升温程序等,这表明焙烧过程对于催化剂性能的重要性.然而,在催化脱硝领域,对焙烧气氛的研究极少,但借鉴其他领域对焙烧气氛的研究,确有研究者证实焙烧气氛对材料的颗粒大小、缺陷浓度、价态及物相组成等有着显著的影响,进而影响材料的活性.我们课题组曾研究了焙烧气氛对MnOx/TiO2脱硝性能的影响,并发现惰性气氛中焙烧的催化剂表现出最佳活性,然而对于催化剂催化性能增强的原因并未深入探究.在前期研究基础上,以MnOx和CeOx为活性组分,采用浸渍法制备得到Ce-Mn/TiO2催化剂,通过X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、热重(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段系统地研究了MnOx和CeOx担载于TiO2表面制成的催化剂在不同气氛(N2,空气和O2)中焙烧后的催化性能和物相结构.