低温抗SO2铈基脱硝催化剂的低配位表面硫酸盐调控机制
批准号:
22106100
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
韩璐蓬
依托单位:
学科分类:
大气污染与控制化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
韩璐蓬
中文摘要
氨选择性催化还原是目前最有效的烟气脱硝技术。CeO2基催化剂具有较宽的活性温度窗口和良好的高温N2选择性,被认为是商业V2O5基催化剂最具潜力的替代者。然而CeO2在SO2存在下容易发生硫化,CeO2基催化剂在含硫烟气中易中毒失活。本项目以提高传统CeO2/TiO2催化剂的低温抗硫性能为目标,采用“偶联剂辅助一步自组装”的催化功能化手段在TiO2载体上原位构筑具有短程有序Ce-O-M配位结构的金属氧化物催化剂。在SO2存在时,Ce-O-M/TiO2催化剂的Ce位点硫化后生成低配位的表面硫酸盐物种,未配位饱和的Ce位点可以吸附与活化NOx,实现NOx的高效活化与转化。此外表面硫酸盐物种的生成抑制了硫酸氢氨的沉积,确保反应分子可以在Ce-O-M催化界面上进行吸附与活化,实现高抗硫活性。通过本项目的实施,为高性能抗硫脱硝催化剂的结构设计和催化理论奠定科学基础。
英文摘要
Ammonia selective catalytic reduction is the most effective technology for NOx removal. CeO2-based catalysts are considered to be the most promising alternative to commercial V2O5-based catalysts because of their wide active temperature window and good N2 selectivity at high temperatures. However, CeO2 is sulfated easily in the presence of SO2, and CeO2-based catalysts are prone to be deactivated in SO2-containing flue gas. This project aims to improve the low-temperature SO2 resistance of traditional CeO2/TiO2 catalysts. Via the catalytic functionalization method of "coupling agent assisted one-step self-assembly", the Ce-O-M metal oxide catalysts with specific coordination structure and short-range order structure were in situ constructed on TiO2 support. In the presence of SO2, the Ce sites of Ce-O-M/TiO2 catalysts were sulfated to generate low coordination surface sulfate species, and the uncoordinated Ce sites could adsorb and activate NOx to realize the efficient catalytic abatement of NOx. In addition, the formation of sulfate species on the surface inhibited the deposition of ammonia bisulfate, which enable the reaction molecules can be adsorbed and activated on the Ce-O-M catalytic interface, thus achieving high SO2 resistant activity. Through the implementation of this project, it lays a scientific foundation for the structure design and catalysis theory of high-performance SO2-tolerant denitration catalyst.
氮氧化物(NOx)是导致酸雨、光化学烟雾、雾霾等环境问题的重要根源,对生态系统以及人体健康构成巨大威胁。氨选择性催化还原是目前应用最为广泛的烟气脱硝技术,高效的脱硝催化剂是该技术的核心。V2O5-WO3(MoO3)/TiO2商业催化剂广泛应用于燃煤电厂的烟气脱硝,但是其温度窗口较窄(300~400 oC),V2O5高温易升华具有生物毒性,且钒基催化剂高温产生大量N2O,这些缺点限制了其广泛应用。CeO2基催化剂具有较宽的活性温度窗口和良好的高温N2选择性,被认为是商业V2O5基催化剂最具潜力的替代者。然而CeO2在SO2存在下容易发生硫化,CeO2基催化剂在含硫烟气中易中毒失活。本研究通过调控活性位点的动态配位环境,成功实现了低温条件下抗SO₂的NOx高效还原。基于配位化学原理,我们在TiO₂载体表面精准构筑了具有短程有序Ce-O-Si结构的SiO₂-CeO₂复合氧化物。实验证实,在SO₂存在条件下,活性位点的配位环境可发生从Ce-O-Si局域结构向低配位Ce-SO₄²⁻物种的动态转变。这种低配位Ce-SO₄²⁻物种作为新型活性位点,通过保持对NO和NH₃反应物良好的吸附与活化能力,从而维持了优异的NO脱除效率。本工作提出通过调控硫酸化活性位点的配位环境来提升催化剂抗硫性能的新策略,对实际应用中抗SO₂环境催化技术的发展具有重要指导意义。
氮氧化物和甲硫醇高效协同催化净化活性位的调控及其抗中毒机制
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:韩璐蓬
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依托单位:
国内基金
海外基金