《低溫NH3-SCR鈰基納米催化劑結構調控及催化機制研究》是依託浙江大學，由李素靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：低溫NH3-SCR鈰基納米催化劑結構調控及催化機制研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：李素靜
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氨選擇性催化還原（NH3-SCR）脫硝技術是當前控制柴油車NOx排放的研究熱點，但存在催化劑低溫活性差的套用瓶頸。本項目擬從暴露晶面、納米形貌和金屬改性入手，合成不同形貌的暴露高活性晶面的氧化鈰空心納米材料，製備Mo、W、Nb等一元或多元過渡金屬改性的鈰基納米催化劑，調控其氧空位和酸性位，從而提高催化劑的低溫活性。通過催化劑表征分析，探討反應物分子在催化劑表面的吸附特性與催化劑表面結構的內在聯繫和變化規律，重點闡明NH3-SCR催化過程中鈰基納米催化劑的晶面效應、形貌效應及改性效應。利用密度泛函理論計算，結合實驗分析，闡明過渡金屬與氧化鈰間的作用方式對酸性位形成機制的影響規律，並探明NH3-SCR催化過程中過渡金屬與氧化鈰高活性晶面間的協同催化機制。以上研究，將為高效低溫SCR鈰基催化劑的結構設計和催化機制研究提供理論依據。
結題摘要
NH3選擇性催化還原NOx（NH3-SCR）技術被廣泛套用於柴油車尾氣脫硝過程中。目前，工業化銅沸石分子篩催化劑表現出了優異的中高溫反應活性。但是，柴油車實際的運行工況要求SCR催化劑具有更寬的活性反應視窗，因此，提高低溫反應活性成為SCR催化劑研究的關鍵。本項目首先利用鎢對氧化鈰進行摻雜改性研究，發現影響氧化鈰催化活性的關鍵因素除了酸性位和氧化還原性之外，三價鈰和表面活性氧也很重要。基於此研究基礎，通過水熱法調控氧化鈰微觀形貌，合成具有不同物理結構和化學性質的活性氧化鈰納米催化劑，進而篩選出具有優異SCR催化活性的花狀氧化鈰催化劑。花狀結構使得氧化鈰表面的三價鈰含量增加，有助於Fast-SCR反應過程的發生，從而促進氧化鈰的中低溫SCR反應活性。與普通形貌的二氧化鈰催化劑相比，花狀微觀形貌具有更大的比表面積，從而為反應物在催化劑表面吸附活化提供了充足的活性位點。為進一步提升優選氧化鈰的催化活性，選用來源豐富的非金屬氮元素進行摻雜改性，將花狀氧化鈰置於氨氣氛圍中退火摻氮處理，900oC退火處理2h後的氧化鈰250oC NOx轉化率由78%提升至83%，且在275-425oC反應區間，NOx轉化率不低於90%，N2選擇性不低於96%，氮元素摻雜後的氧化鈰由花狀結構轉變為珊瑚狀結構，表現出良好的抗二氧化硫和抗水蒸氣中毒性能。氮元素的摻雜導致花狀氧化鈰晶格的無序度增加，促進表面活性氧的形成。同時，三價鈰的含量進一步被提高，反應混合氣在催化劑表面的電子互動作用增強，SCR反應速率被提升。此外，氮元素摻雜有效降低了反應物NH3在催化劑表面的過氧化能力，氨吸附活化中間物種能夠暫留於活性位點上參與SCR反應，非選擇性氧化副反應的發生被明顯削弱。氮摻雜後的氧化鈰由E-R反應機制被拓展為E-R和L-H共存的反應路徑。該項目促進了氧化鈰催化劑的改性研究，為高效NH3-SCR催化劑的形貌設計、結構調控以及機理探究提供了理論依據，對於新型高效SCR催化劑的開發研究具有重要的意義。
