表面Mo修饰提高CeTiOx催化剂低温脱硝性能

李露露 李佩晓 谭伟 马凯莉 邹伟欣 汤常金 董林

引用本文: 李露露,  李佩晓,  谭伟,  马凯莉,  邹伟欣,  汤常金,  董林. 表面Mo修饰提高CeTiOx催化剂低温脱硝性能[J]. 催化学报, 2020, 41(2): 364-373. doi: S1872-2067(19)63437-6 shu
Citation:  Lulu Li,  Peixiao Li,  Wei Tan,  Kaili Ma,  Weixin Zou,  Changjin Tang,  Lin Dong. Enhanced low-temperature NH3-SCR performance of CeTiOx catalyst via surface Mo modification[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(2): 364-373. doi: S1872-2067(19)63437-6 shu

表面Mo修饰提高CeTiOx催化剂低温脱硝性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21773106,21707066,21677069,21806077)和中国博士后科学基金(2018M642206).

摘要: 近年来,以雾霾为代表的大气污染问题严重影响到经济社会的可持续发展.其中,氮氧化物(NOx)的大量排放是导致雾霾天气的重要原因之一.氨选择性催化还原(NH3-SCR)是目前消除氮氧化物的主流技术,低温NH3-SCR更是广泛应用于钢铁、焦化、水泥、玻璃、陶瓷和垃圾焚烧等行业的烟气排放治理.传统的V2O5-WO3/TiO2催化剂活性温度高(300-400℃)且钒具有生物毒性,因此亟待开发环境友好的低温非钒基脱硝催化剂.
最近,CeTiOx基催化剂由于在中高温段(250-400℃)表现出优异的脱硝性能而得到广泛关注.然而,该催化剂仍面临低温活性差及抗硫性能差的问题,制约了其工业化应用.研究显示,添加过渡金属可提高CeTiOx基催化剂的脱硝活性和抗硫中毒性能,这主要是因为过渡金属的添加可以有效改善催化剂的氧化还原性能和表面酸性.MoO3作为一种可以提供大量酸性位的氧化物,常被用作助剂改善钒钨钛催化剂的活性.研究显示,MoO3的引入可以促进催化剂中钒物种的分散度以及提高表面酸性.基于此,我们制备了一系列不同Mo含量的MoO3/CeTiOx催化剂,以期提高CeTiOx催化剂的低温脱硝性能及抗SO2中毒能力,并着重研究表面Mo的修饰对CeTiOx催化剂物理化学性质的影响.
研究发现,表面Mo修饰可以显著提高CeTiOx的低温催化活性,其脱硝效率在150℃即可达到80%,同时抗SO2中毒能力也得到增强.进一步借助X射线衍射、比表面积测定、氢气程序升温还原、氨气程序升温脱附和X射线光电子能谱等方法对催化剂进行了全面表征分析.结果显示,表面Mo修饰对CeTiOx催化剂物理化学性质的影响与其脱硝性能有着密不可分的关系.首先,钼物种主要是以MoO3的形式存在于CeTiOx表面,其最佳的负载量为4 wt.%.其次,表面Mo的沉积显著提高了催化剂的表面酸量,尤其是Brönsted酸位的数量,而表面酸位的增加有利于催化剂吸附与活化反应物种NH3;同时,表面Mo修饰还减弱了硝酸盐在催化剂表面的吸附,进一步促使NH3-SCR反应按照Eley-Rideal机理顺利进行.最后,该催化剂在H2O和SO2存在的条件下仍具有最佳的脱硝性能,因而有望用于实际含SO2的低温烟气脱硝.

English

    1. [1] C. X. Li, M. Q. Shen, J. Q. Wang, J. Wang, Y. P. Zhai, Ind. Eng. Chem. Res., 2018, 57, 8424-8435.

    2. [2] J. K. Lai, I. E. Wachs, ACS Catal., 2018, 8, 6537-6551.

    3. [3] T. F. Xu, X. D. Wu, Y. X. Gao, Q. W. Lin, J. F. Hu, D. Weng, Catal. Commun., 2017, 93, 33-36.

    4. [4] T. H. Vuong, J. Radnik, J. Rabeah, U. Bentrup, M. Schneider, H. Atia, U. Armbruster, W. Grünert, A. Brückner, ACS Catal., 2017, 7, 1693-1705.

    5. [5] I. Song, S. Youn, H. Lee, S. G. Lee, S. J. Cho, D. H. Kim, Appl. Catal. B, 2017, 210, 421-431.

    6. [6] G. Gao, J. W. Shi, C. Liu, C. Gao, Z. Y. Fan, C. M. Niu, Appl. Surf. Sci., 2017, 411, 338-346.

    7. [7] C. Liu, G. Gao, J. W. Shi, C. He, G. D. Li, N. Bai, C. M. Niu, Catal. Commun., 2016, 86, 36-40.

    8. [8] Z. Y. Sheng, D. R. Ma, D. Q. Yu, X. Xiao, B. J. Huang, L. Yang, S. Wang, Chin. J. Catal., 2018, 39, 821-830.

    9. [9] W. Li, C. Zhang, X. Li, P. Tan, A. L. Zhou, Q. Y. Fang, G. Chen, Chin. J. Catal., 2018, 39, 1653-1663.

    10. [10] S. Zhang, S. J. Liu, W. S. Hu, X. B. Zhu, R. Y. Qu, W. H. Wu, C. H. Zheng, X. Gao, Appl. Surf. Sci., 2019, 466, 99-109.

    11. [11] L. Kang, L. Han, J. He, H. Li, T. Yan, G. Chen, J. Zhang, L. Shi, D. Zhang, Environ. Sci. Technol., 2019, 53, 938-945.

    12. [12] L. Han, M. Gao, C. Feng, L. Shi, D. Zhang, Environ. Sci. Technol., 2019, 53, 5946-5956.

    13. [13] L. Han, M. Gao, J. Y. Hasegawa, S. Li, Y. Shen, H. Li, L. Shi, D. Zhang, Environ. Sci. Technol., 2019, 53, 6462-6473.

    14. [14] L. Zhang, L. L. Li, Y. Cao, Y. Xiong, S. G. Wu, J. F. Sun, C. J. Tang, F. Gao, L. Dong, Catal Sci. Technol., 2015, 5, 2188-2196.

    15. [15] D. W. Kwon, S. C. Hong, Appl. Surf. Sci., 2015, 356, 181-190.

    16. [16] X. L. Li, Y. H. Li, S. S. Deng, T. A. Rong, Catal. Commun., 2013, 40, 47-50.

    17. [17] W. Q. Xu, Y. B. Yu, C. B. Zhang, H. He, Catal. Commun., 2008, 9, 1453-1457.

    18. [18] X. Gao, Y. Jiang, Y. C. Fu, Y. Zhong, Z. Y. Luo, K. F. Cen, Catal. Commun., 2010, 11, 465-469.

    19. [19] Z. Liu, J. Zhu, J. Li, L. Ma, S. I. Woo, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 14500-14508.

    20. [20] W. P. Shan, F. D. Liu, H. He, X. Y. Shi, C. B. Zhang, Appl. Catal. B, 2012, 115-116, 100-106.

    21. [21] X. Gao, X. S. Du, L. W. Cui, Y. C. Fu, Z. Y. Luo, K. F. Cen, Catal. Commun., 2010, 12, 255-258.

    22. [22] M. E. Yu, C. T. Li, G. M. Zeng, Y. Zhou, X. N. Zhang, Y. E. Xie, Appl. Surf. Sci., 2015, 342, 174-182.

    23. [23] Z. M. Liu, Y. X. Liu, B. H. Chen, T. L. Zhu, L. L. Ma, Catal. Sci. Technol., 2016, 6, 6688-6696.

    24. [24] Y. Qiu, B. Liu, J. Du, Q. Tang, Z. H. Liu, R. L. Liu, C. Y. Tao, Chem. Eng. J., 2016, 294, 264-272.

    25. [25] Y. Jiang, Z. M. Xing, X. C. Wang, S. B. Huang, Q. Y. Liu, J. S. Yang, J. Ind. Eng. Chem., 2015, 29, 43-47.

    26. [26] L. L. Li, W. Tan, X. Q. Wei, Z. X. Fan, A. N. Liu, K. Guo, K. L. Ma, S. H. Yu, C. Y. Ge, C. J. Tang, L. Dong, Catal. Commun., 2018, 114, 10-14.

    27. [27] X. Li, X. Li, J. Li, J. Hao, J. Hazard. Mater., 2016, 318, 615-622.

    28. [28] Z. M. Liu, S. X. Zhang, J. H. Li, L. L. Ma, Appl. Catal. B, 2014, 144, 90-95.

    29. [29] Z. Y. Fei, Y. R. Yang, M. H. Wang, Z. L. Tao, Q. Liu, X. Chen, M. F. Cui, Z. X. Zhang, J. H. Tang, X. Qiao, Chem. Eng. J., 2018, 353, 930-939.

    30. [30] Z. M. Liu, H. Su, J. H. Li, Y. Li, Catal. Commun., 2015, 65, 51-54.

    31. [31] W. Yu, J. Zhu, L. Qi, C. Sun, F. Gao, L. Dong, Y. Chen, J. Colloid Interfaces Sci., 2011, 364, 435-442.

    32. [32] J. Zhu, F. Gao, L. H. Dong, W. J. Yu, L. Qi, Z. Wang, L. Dong, Y. Chen, Appl. Catal. B, 2010, 95, 144-152.

    33. [33] X. J. Yao, T. T. Kong, L. Chen, S. M. Ding, F. M. Yang, L. Dong, Appl. Surf. Sci., 2017, 420, 407-415.

    34. [34] X. J. Yao, K. L. Ma, W. X. Zou, S. G. He, J. B. An, F. M. Yang, L. Dong, Chin. J. Catal., 2017, 38, 146-159.

    35. [35] Y. Peng, R. Qu, X. Zhang, J. Li, Chem. Commun., 2013, 49, 6215-6217.

    36. [36] X. L. Hu, Q. Shi, H. Zhang, P. F. Wang, S. H. Zhan, Y. Li, Catal. Today, 2017, 297, 17-26.

    37. [37] X. X. Wang, Y. Shi, S. J. Li, W. Li, Appl. Catal. B, 2018, 220, 234-250.

    38. [38] Y. R. Yang, M. H. Wang, Z. L. Tao, Q. Liu, Z. Y. Fei, X. Chen, Z. X. Zhang, J. H. Tang, M. F. Cui, X. Qiao, Catal. Sci. Technol., 2018, 8, 6396-6406.

    39. [39] H. Liu, Z. X. Fan, C. Z. Sun, Appl. Catal. B, 2019, 244, 671-683

    40. [40] X. J. Yao, R. D. Zhao, L. Chen, J. Du, C. Y. Tao, F. M. Yang, L. Dong, Appl. Catal. B, 2017, 208, 82-93.

    41. [41] Y. Li, Y. Wan, Y. P. Li, S. H. Zhan, Q. X. Guan, Y. Tian, Appl. Catal. A, 2016, 528, 150-160.

    42. [42] Z. L. Wu, A. J. Rondinone, L. N. Ivanov, S. H. Overbury, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 25368-25378.

    43. [43] Y. Xiong, C. J. Tang, X. J. Yao, L. Zhang, L. L. Li, X. B. Wang, Y. Deng, F. Gao, L. Dong, Appl. Catal. A, 2015, 495, 206-216.

    44. [44] K. Liu, F. D. Liu, L. J. Xie, W. P. Shan, H. He, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 2290-2299.

    45. [45] Y. Peng, K. Z. Li, J. H. Li, Appl. Catal. B, 2013, 140-141, 483-492.

    46. [46] S. M. Lee, K. H. Park, S. C. Hong, Chem. Eng. J., 2012, 195-196, 323-331.

    47. [47] X. M. Wang, X. Y. Li, Q. D. Zhao, W. B. Sun, M. Tade, S. M. Liu, Chem. Eng. J., 2016, 288, 216-222.

    48. [48] X. J. Yao, L. Chen, J. Cao, F. M. Yang, W. Tan, L. Dong, Ind. Eng. Chem. Res., 2018, 57, 12407-12419.

    49. [49] F. D. Liu, H. He, Catal. Today, 2010, 153, 70-76.

    50. [50] T. Zhang, R. Y. Qu, W. K. Su, J. H. Li, Appl. Catal. B, 2015, 176-177, 338-346.

    51. [51] W. Shan, F. Liu, H. He, X. Shi, C. Zhang, Chem. Commun., 2011, 47, 8046-8048.

    52. [52] X. L. Li, Y. H. Li, J. Mol. Catal. A, 2014, 386, 69-77.

    53. [53] K. B. Nam, D. W. Kwon, S. C. Hong, Appl. Catal. A, 2017, 542, 55-62.

    54. [54] J. Liu, X. Y. Li, Q. D. Zhao, J. Ke, H. N. Xiao, X. J. Lv, S. M. Liu, M. Tadé, S. B. Wang, Appl. Catal. B, 2017, 200, 297-308.

    55. [55] S. P. Ding, F. D. Liu, X. Y. Shi, K. Liu, Z. H. Lian, L. J. Xie, H. He, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 9497-9506.

    56. [56] Z. R. Ma, X. D. Wu, Z. C. Si, D. Weng, J. Ma, T. F. Xu, Appl. Catal. B, 2015, 179, 380-394.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  4
  • 文章访问数:  1035
  • HTML全文浏览量:  26
文章相关
  • 收稿日期:  2019-05-20
  • 修回日期:  2019-07-05
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章