HC-SCR催化剂进展研究.docx

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HC-SCR催化剂进展研究

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摘要:介绍了HC-SCR催化剂的研究进展,对其国内外应用情况进行了简单的评述,结果表明:复合型催化剂具有催化效率高、稳定性好等优势,可以极大程度上实现氮氧化物的脱除。

关键词:HC-SCR;Pt/Al2O3;复合型催化剂

中图分类号:X511文献标识码:A文章编号:

1概述

能源危机与全球变暖的环境问题越来越引起人们的关注。贫氧燃烧技术被广泛应用于交通工具中,以期望提高燃料的经济效益,同时减少温室效应[1]。在控制柴油机燃烧过程二氧化氮的排放问题的诸多技术当中,通过催化剂将排放出的一氧化氮废气还原为无害的氮气被认为是一种比较理想的技术。在存在柴油机废气的情况下还原一氧化氮不是一项特别困难的任务,利用还原剂和催化剂即可实现将其还原的目的,如利用一种铂基催化剂材料。然而,在催化还原的过程中,柴油中的任何硫组分都有可能被转化成二氧化硫。在有催化剂存在的情况下,二氧化硫可以被转化为三氧化硫,从而进一步与烟道废气中的水和其他反应物反应生成硫酸盐,这就导致了催化剂颗粒的增大。为了减少来自烟道尘灰,必须将所形成的硫酸盐控制在最小程度,这可以通过采取减少二氧化硫的氧化或者使用低硫含量的柴油来实现。

在Pt/SiO2催化剂上发生的NO和SO2的氧化反应的过程中发现该种催化剂对催化氧化NO和SO2都具有十分活跃的催化活性;一个非常具有标志性的针对氧化NO和SO2的共同影响因此被发现了。SO2的存在会严重的抑制NO的氧化反应,同时NO对SO2的氧化反应起到了比较强烈的促进作用。同时,不同催化剂载体负载Pt的催化性能。研究发现催化活性的顺序大致上是:Pt/SiO2Pt/γ-Al2O3Pt/ZrO2。同时他们也研究了Pt的负载和分散性质对催化剂的催化作用。在Pt/SiO2催化剂中,催化活性被发现与颗粒的大小有非常大的关系,颗粒越大的Pt颗粒越是展现出良好的催化活性,颗粒越小的则反之。对于Pt/γ-Al2O3催化剂而言,颗粒的大小对催化活性的影响则没有Pt/SiO2的大。对于Pt/ZrO2催化剂而言,颗粒的大小则很有可能是影响两个反应活性的因素。对于氧化NO和SO2的反应的选择性则与催化剂的颗粒大小没有任何关系。NO、NO2和SO2与催化剂的相互作用和催化剂载体的影响通过TPD进行了表征,结果表明SiO2对Pt/SiO2催化剂的氧化反应没有特别多的影响,然而,γ-Al2O3和ZrO2支撑材料则对载Pt催化剂的催化活性具有一定的影响。

然而,在贫氧燃烧的技术中传统的三相催化剂(TWCs)并不能够特别有效的去除氮氧化物(NOx)。其中一种较为可行[2],同时也具有吸引力的减少NOx排放的解决方案就是利用选择性催化还原(SCR)催化剂,该种类型的催化剂多数是由贵金属,碱金属及碱土金属,高比表面积的载体组成的。Pt/Ba/Al2O3被发现为一种极具潜力的SCR催化剂。但是1-2wt%的Pt负载量使得Pt/Ba/Al2O3催化剂变得非常昂贵,同时,Pt金属在地球上的稀缺含量从另一个程度上限制了该种催化剂的进一步应用。更多的是,由于硫中毒和热老化,Pt/Ba/Al2O3在一定程度上非常容易失活,这就大大降低了催化剂的活性和选择性能。为了适应这一严峻的排放形式,开发一种可以实际应用的SCR催化剂是一项非常巨大的挑战,该种催化剂应该具有很高的抗硫特性和抗热老化特性,同时需要在保证SCR催化剂活性的基础上降低该种催化剂中贵金属的使用。

人们在提高SCR催化剂抗硫性能和寻找其他金属替代贵金属Pt的方面做出了很多努力[3]。由掺杂金属和这一显著性的效果可以对SCR催化剂的结构和电子环境产生积极的影响。有文献报道指出在Pt/Ba/Al2O3催化剂中掺杂CoOx或者CuOx可以提高NOx的储存能力,同时减少贵金属Pt的用量。在Pt/Ba/Al2O3催化剂体系中掺杂FeOx后人们发现该种催化剂可以增加对硫的抗性,但是Fe与Pt之间的相互作用也从某种程度上降低了该种催化剂的催化活性。另一个重要的因素就是支撑载体的修饰。TiO2与Al2O3的混合型载体可以非常有效地抑制硫化物的沉积,同时加强被硫老化的催化剂的NOx的储存能力。研究表明,在没有掺杂Pt的Ce1-xZrxO2和Al2O3-Ce1-xZrxO2纳米粉末也具有与Pt/Al2O3相当的NOx还原能力和丙烷/丙烯的氧化。这些研究表明SCR催化剂掺杂元素的引入可以提高其热稳定性,氧化还原反应的性质,和活性组分与载体之间的相互作用。因此,我们可以推测利用过渡金属氧化物和含有二氧化钛的载体可以成为一种理想的低成本SCR催化剂。

铁铝氧石在催化反应过程中是一种具有优良性能的催化剂载体,它具有非常多的优点,例如,它的价格非常低廉,

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