H2促进Ag-CeZr催化剂C3H6-SCR的作用研究

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氮氧化物(NOx)是造成酸雨、光化学烟雾等环境问题的主要污染物,脱硝技术中H2协同C3H6选择性催化还原NO技术因能有效提高反应低温活性而极具潜力。本文制备了球状Ag-CeZr催化剂,探讨了H2对C3H6-SCR反应活性的促进机制,提出了H2-C3H6-SCR的反应机理。主要研究结果如下:(1)采用连续溶剂热法制备了一系列锆铈摩尔比不同的球状CeZrx氧化物催化剂,其中CeZr0.4的NO吸附活化能力最强,生成的硝酸盐物种最多。(2)以CeZr0.4为载体,采用浸渍法制备不同Ag负载量的xAg-CeZr催化剂。H2的添加显著促进了C3H6-SCR反应的低温活性和N2选择性,拓宽了反应温度窗口,2%Ag-CeZr在200℃时的NO转化率可达71.7%,N2选择性可达45.3%。物理化学表征结果表明2%Ag-CeZr催化剂颗粒小,分散度好,比表面积大(67.9961 m2·g-1),低温(252℃)还原能力强,因此催化活性较高。(3)In situ FT-IR结果表明H2促进了xAg-CeZr催化剂对C3H6和NO的吸附活化能力,提高了活化物种的反应活性。基于对瞬态反应中物种的迁移和转化,提出在低温条件下(200℃)适用于xAg-CeZr催化剂的H2-C3H6-SCR反应机理:NO+C3H6+H2+O2→NO2-/NO3-+CxHyOz→ONCs→-NCO+-CN→N2+CO2+H2O。同时总结了H2在C3H6-SCR反应中的作用路径,即H2促进C3H6与预吸附的NO吸附物种的反应;H2通过促进C3H6预吸附,使得C3H6预吸附物种与NO反应的活性增强;向还原气C3H6中添加H2能促进C3H6与NO+H2预吸附物种的反应;向NO中添加H2会抑制NO与C3H6+H2预吸附物种的反应。(4)Ag+和Agnδ+是催化剂表面存在的主要物种,H2可以促使表面大量Ag+在低温下(200℃左右)还原为Agnδ+,从而提高反应的低温活性。在H2存在的情况下,Ag的负载可以显著提高催化剂表面反应中间体的活性。
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