《MnOx/CeO2@CNTs核殼結構低溫氨選擇性催化還原NO性能及機理研究》是依託上海大學，由張登松擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：MnOx/CeO2@CNTs核殼結構低溫氨選擇性催化還原NO性能及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張登松
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對目前氨選擇性催化還原脫硝催化劑活性溫度高、穩定性差等問題，本項目採用吡啶溶劑熱法與聚苯乙烯磺酸鈉輔助低溫回流法設計合成MnOx/CeO2@CNTs核殼結構低溫脫硝催化劑，通過改變製備參數以及在其表面修飾金屬氧化物助劑或硫酸化處理，調控其形態結構與表面物理化學性質。藉助常規測試表征，結合原位分析技術、表面反應技術以及量化計算等，研究催化劑結構(幾何效應和電子效應)與低溫催化性能的關係，建立其形貌、晶型、結構、酸鹼性與催化活性、選擇性、抗毒性、穩定性的構效關係，闡明反應物NH3及NO等在催化劑表面的吸附活化機理，明確催化劑表面Lewis酸位和Br?nsted酸位對催化反應的影響，探索其活性中心的本質，明晰SO2和H2O對MnOx/CeO2@CNTs核殼結構催化劑的抑制作用機理，揭示其不同組分在低溫下的協同催化作用機制，為設計高活性低溫煙氣脫硝催化劑提供理論指導。
結題摘要
本項目針對目前氨選擇性催化還原脫硝催化劑活性溫度高、穩定性差等問題，採用吡啶溶劑熱法與聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)輔助低溫回流法設計合成MnOx/CeO2@CNTs 核殼結構低溫脫硝催化劑，通過改變製備參數以及在其表面修飾金屬氧化物助劑或硫酸化處理，調控其形態結構與表面物理化學性質。採用 SEM、TEM、ICP、XRD、XPS、BET、TPR、TG-DTA等對催化劑進行常規表征，結合原位測試技術、表面反應技術以及量化計算，探索了催化劑中納米粒子負載量、負載比例、晶型結構、顆粒尺寸、緻密程度、表面酸度等對催化活性、選擇性、抗毒性、穩定性及壽命的影響，進而闡述了催化劑結構（幾何效應和電子效應）與低溫選擇性催化還原NO性能之間的關係；探究了反應物NH3及NO等在催化劑表面的動力學吸附-脫附行為及規律，研究了反應物在催化劑表面的吸附活化機理，明確了催化劑表面Lewis酸位和Brönsted酸位對催化反應的影響，探索了其活性中心的本質，明晰了SO2和H2O對催化劑的抑制作用機理，揭示了其不同組分在低溫下的協同催化作用機制。研究結果顯示，相比於浸漬法和機械混合法，吡啶溶劑熱法與PSS輔助回流法製備的催化劑活性組分均勻分散/顆粒尺寸小，在低溫催化中NO轉化率高，並且具有高穩定性和高抗硫性。催化劑高度分散的活性組分提供了更多的活性中心，並且促進了反應氣體的吸附與活化，活性組分與載體之間存在相互作用加強了催化劑的氧化還原性能及穩定性。基於這些有利的形貌結構與表面性質，該催化劑表現出更高的催化活性、穩定性以及抗中毒能力。為進一步提高其催化性能，設計合成了以負載MnOx-CeOx複合氧化物的納米碳管為核，介孔氧化鈦為殼的核殼結構催化劑。該催化劑氧化鈦殼層的介孔特性為反應氣體提供了吸附-脫附通道，提高了催化劑的比表面積和孔容，促進了反應氣體的吸附存儲，從而使催化劑具有更好催化活性；並且，介孔氧化鈦殼層提供一個有效壁壘阻止納米碳管表面活性物種的遷移團聚，從而提高催化劑的穩定性；此外，介孔氧化鈦殼層不僅防止了生成的硫酸銨對活性位的堵塞同時抑制了活性物種的硫酸化，提高了催化劑的抗硫性。本項目發表15篇SCI論文，參加學術會議3次，申請國家發明專利3項，其中1項已獲授權。本項目的成功實施，為設計高活性低溫煙氣脫硝催化劑提供了理論指導，對高性能脫硝催化劑的製備及套用具有借鑑意義。
