冷電漿促進的NOx“存儲-還原”反應研究

《冷電漿促進的NOx“存儲-還原”反應研究》是依託大連理工大學,由石川擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：冷電漿促進的NOx“存儲-還原”反應研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：石川

項目摘要

針對NSR催化劑中低溫活性較低及硫中毒問題，項目提出了一種冷電漿促進的NOx“存儲-還原”脫除方法：在貧燃階段依靠催化劑的作用將NO氧化並存儲在催化劑上；富燃氣氛下啟動冷電漿放電，在電漿與催化劑的協同作用下貧燃階段存儲的NOx被還原。通過上述過程，解決在中低溫區具有較高NOx存儲容量的材料在富燃階段還原再生受限的問題，提高中低溫（≤300℃）NOx脫除效率，並原位再生硫中毒催化劑。構建適合於冷電漿促進的NOx“存儲-還原”反應的催化劑，研究NOx在貴金屬及氧化物基催化劑上的存儲機理，揭示貴金屬與過渡金屬氧化物之間的協同催化作用機制；同時最佳化電漿放電反應器結構，研究冷電漿促進的還原再生過程及電漿與催化劑之間的相互作用。在上述研究基礎上，提供適合於冷電漿促進的NOx“存儲-還原”反應的催化劑，獲得中低溫淨化貧燃發動機尾氣NOx的新技術。

結題摘要

基於對NSR催化劑瓶頸問題的認識，以及對冷電漿引發的物理化學過程的特點及其與催化劑相互作用的理解，項目提出了一種冷電漿促進的NOx“存儲-還原”脫除方法，用於中低溫淨化貧燃發動機尾氣中的NOx：在貧燃階段依靠催化劑的作用將NO氧化並存儲在催化劑上；富燃氣氛下啟動冷電漿放電，在電漿與催化劑的協同作用下貧燃階段存儲的NOx被還原。通過上述過程，解決一些在中低溫具有較高NOx存儲容量的材料在富燃階段還原再生受限的問題，提高中低溫（≤300℃）NOx脫除效率，並原位再生硫中毒催化劑。傳統Pt/Ba/Al2O3催化劑在冷電漿促進的NOx“存儲-還原”反應中的活性較低，適合於上述過程的催化劑具有自己的結構特點，要滿足中低溫具有較高NOx存儲性能的需求。依據此理解，項目構建了三種類型的催化劑：i. 鈣鈦礦LaMn0.9Fe0.1O3與Pt/Ba/Al2O3機械混合製得的催化劑，研究了它們的不同存儲機制，LaMn0.9Fe0.1O3與Pt/Ba/Al2O3機械混合協同作用產生的微觀原因，以及貴金屬的落位等問題。PBA+LMF催化劑在電漿輔助的NSR反應中在較寬的溫窗內（200-350°C）均表現出較高的NOx脫除效率（＞ 90%）ii. 以貴金屬為活性組分，鹼土金屬為存儲組分，通過可還原性過渡金屬氧化物CoOx，MnOx，FeOx等助劑的添加，構建Pt/M/Ba/Al（M=Co, Mn, Fe，etc.）催化劑：可還原性氧化物的加入在活性組分和存儲組分之間架起了NOx遷移的橋樑，這意味著在貴金屬上形成的NO2或活性氧原子向存儲組分的遷移越容易，反應速率就越快。特別是Pt/Co/Ba/Al催化劑在150-350 oC範圍內NOx脫除效率均可高達80%以上。此外，H2電漿的引入同時提高了N2的選擇性和催化劑的抗硫性能。iii. 探索以相對廉價的貴金屬Pd替代Pt的可行途徑：通過添加複合氧化物CoMn-K以提高催化劑的NO氧化性能，設計並構建了CoMn-K+Pd/Ba/Al催化劑。研究發現K+的加入顯著促進了NO的氧化，從而提高NOx的存儲量；同時Pd與K+之間發生電子轉移，使得Pd主要以Pd0的形式存在，促進了H2對NOx的還原。通過在富燃階段向反應體系中引入H2電漿，催化劑的低溫（80-200 oC）NOx轉化率從11%提高到70%。