《SO2和H2O影響C2H2選擇催化還原氮氧化物反應機制的研究》是依託大連理工大學,由王新平擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：SO2和H2O影響C2H2選擇催化還原氮氧化物反應機制的研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王新平
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
貧燃發動機尾氣中NO的有效消除是世界挑戰性研究課題。外加少量烴將其中NO選擇催化還原（HC-SCR）消除是最有套用前途的研究方向之一。但是，反應的選擇性較低和反應受尾氣中SO2、H2O嚴重影響問題現已成為該研究方向發展的嚴重障礙。雖已有較多研究試圖克服這一障礙，但因反應受烴活化的影響，迄今相應影響機制未能取得統一認識。與其它HC-SCR相比，乙炔對NO的還原反應（C2H2-SCR）表現了最高的選擇性和活性。反應速控步驟也由烴的活化轉移到了NO的活化及相應活性物種的形成和還原上。在此基礎上，本課題研究SO2和H2O蒸汽對C2H2-SCR反應的影響機制，目的不僅在於藉助排除上述還原劑活化干擾的優勢，揭示SO2和H2O對HC-SCR反應影響的科學本質，為HC-SCR克服SO2和H2O的嚴重不利影響提供一般性認識，還在於為C2H2-SCR套用於貧燃發動機尾氣中NO的處理給出直接套用基礎。
結題摘要
乙炔為還原劑與其它烴類相比表現出對NO還原反應（HC-SCR）的最高選擇性和活性，但與其它烴相同的是，相應C2H2-SCR反應受尾氣中SO2、H2O影響嚴重。本課題的研究目的是，揭示SO2和H2O對C2H2-SCR反應影響的科學本質，為HC-SCR克服SO2和H2O的不利影響提供一般性認識。研究取得了以下重要結果： C2H2-SCR活性和選擇性最好的W/HZSM-5、Zr/HZSM-5催化劑，在單一SO2（50 ppm）存在條件下有很好的耐硫性，但在有10%水蒸氣共存時均失活嚴重。其機制是，水蒸氣不僅在催化劑表面與氮氧化物競爭吸附，還促進SO42-在催化劑表面的沉積。二者均嚴重抑制亞硝酸根和硝酸根中間物種生成這一C2H2-SCR反應的速控步驟。因此，H2O與SO2共存時使氮氧化物的消除效果嚴重下降。 在該基礎上，研究了以H2為還原劑的氮氧化物選擇催化還原（H2-SCR）過程，以及SO2、H2O對H2-SCR反應的影響規律和機制。結果表明，H2-SCR反應在沒有H2O、SO2存在時亞硝酸根和硝酸根表面物種的生成不再是速控步驟。不僅如此，如果催化劑表面上亞硝酸根和硝酸根物種過多，反而不利於氮氧化物的H2-SCR消除。這是因為，當載體表面上的亞硝酸根和硝酸根表面物種過多時，它們不是被從Pt表面上的溢流活性氫還原到N2，而是較多地停留在NO和N2O的還原階段。因此，在沒有H2O、SO2存在時，較強酸性的分子篩載Pt具有較理想的H2-SCR催化性能。但是，當這些分子篩基催化劑長期於H2O、SO2存在催化H2-SCR反應時，則表現為活性先升高后降低的趨勢。其原因在於，適當密度的SO42-存在於催化劑表面上時，可控制硝酸根表面物種的量最有利於溢流活性氫將其還原為N2。但是，當催化劑長期工作於H2O、SO2存在廢氣中時，由於SO42-在催化劑表面大量積累，仍使得催化劑表面硝酸根物種的密度低於H2-SCR反應要求，而導致催化劑逐漸失活。 這些研究結果，可為稀燃汽車尾氣的HC-SCR及H2-SCR處理方法提供關鍵的理論參考。
