钙钛矿催化剂用于氨选择性还原氮氧化物的研究进展
发布时间：2021-02-12 11:53
氨选择性催化还原氮氧化物（NOx）技术是目前应用较为广泛的催化脱硝技术,钙钛矿材料因其独特的结构、良好的稳定性且环保无害的特点成为选择性催化还原NOx领域的研究热点。本文综述了近年来国内外关于钙钛矿NH3-SCR催化剂的研究进展,较为全面地对钙钛矿催化剂的主要类型、脱硝活性、构效关系进行了论述,同时介绍了钙钛矿在光辅助SCR技术这一全新领域的研究进展,并总结了钙钛矿催化剂的NH3-SCR反应机制,对该领域未来可能的发展方向和研究目标进行了展望。
【文章来源】：华中农业大学学报. 2020,39(05)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
La1-xCexMnO3/ATP纳米复合材料上NH3-SCR吸附反应机制[23]
对于NH3-SCR反应来说,决定其反应速率及活性的关键步骤是反应物在催化剂表面的吸附,而根据氮氧化物在反应过程中吸附状态的不同,该催化反应分为2种机制(图3)[4]:(1)Eley-Rideal(E-R)机制:首先,NH3吸附在L酸位点或B酸位点上,然后被吸附活化的NH3物种直接与气态NO反应,生成活性中间体NH2NO/NH3NO,随后分解为N2和H2O。同时,高价氧化还原位点还原成较低的化合价,可以被O2再氧化以完成氧化还原循环。(2)Langmuir-Hinshelwood(L-H)机制:NH3吸附在酸性位点上形成NH+4离子,NO被高价氧化还原位点氧化形成具有活性的双齿硝酸盐/桥式硝酸盐/单齿亚硝酸盐,后者与NH+4反应形成NH4NO2/ NH4NO3,随后分解为N2和H2O。同时,高价氧化还原位点还原成较低的化合价,可以被O2再氧化以完成氧化还原循环。Zhang等[12]提出了一种低温下NO和NH3在LaMnO3催化剂上进行SCR反应的L-H机制:首先气态NH3和NO分别以NH+4离子和亚硝酰基物种的形式吸附在LaMnO3表面,随后被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。最后NH+4离子与活性亚硝酸盐反应生成不稳定的亚硝酸铵,最终产生N2。研究者认为这2种机制在SCR反应中同时存在[33],而不同的反应温度、还原剂和催化剂都可能导致某一种机制占主导地位。需要注意的是,在钙钛矿NH3-SCR脱硝领域,机制研究还比较浅显,而不同体系的钙钛矿材料催化过程也不尽相同,迄今为止尚未达成共识。在NH3-SCR反应中,NH3吸附活化和活性位点的氧化还原循环是2个重要过程,研究催化剂的氧化还原性质和酸性位点对追踪反应过程至关重要。通常,催化剂的氧化还原性质和表面酸性位点分别决定了低温和高温活性[34]。优异的氧化还原能力可以产生活性NH2和NO2,分别通过E-R机制和“快速SCR反应”提高反应效率,但过强的氧化还原性能会导致NH3或者反应中间物种的脱氢,产生NH物种,从而降低NH3-SCR活性及N2选择性。较强的酸性位点有利于形成吸附态NH3/NH+4物种,是形成NH2物种和随后与活性亚硝酸盐/硝酸盐反应的先决条件。因此,这两部分的研究对于提高反应活性、拓宽反应温度窗口有着重要意义。
钙钛矿催化剂主要有ABO3型、A1-xA′xB1-yB′yO3掺杂型和负载型。单纯的ABO3型钙钛矿因表面酸碱性位点较少,氧化还原能力不易调控,无法取得理想的活性。通过掺杂其他元素,可以改变元素化合态、制造缺陷,调变氧化还原能力,提高催化性能。将钙钛矿负载到其他载体上,利用载体的特殊结构和微观性能,增加催化剂的比表面积和催化活性位点。同时钙钛矿高度均匀分散,减少钙钛矿用量且达到相同催化效果,可有效降低催化剂成本[10]。1.1 ABO3型钙钛矿
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙钛矿型催化剂La1-xSrxMn0.95Ni0.05O3氨气选择性催化还原NO[J]. 阿荣塔娜,李永红,李晓良. 化工进展. 2014(04)
[2]用于NH3选择性催化还原NO的非钒基催化剂研究进展[J]. 刘福东,单文坡,石晓燕,张长斌,贺泓. 催化学报. 2011(07)
[3]Effect of strontium substitution on the activity of La2-xSrxNiO4（x=0.0-1.2）in NO decomposition[J]. ZHU JunJiang 1 ,YANG XiangGuang 2 ,XU XueLian 3 &WEI KeMei 1 1 National Research Center of Chemical Fertilizer Catalysts,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China; 2 Changchun Institute of Applied Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130022,China; 3College of Chemistry&Chemical Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China. Science in China（Series B:Chemistry）. 2007(01)
本文编号：3030825
【文章来源】：华中农业大学学报. 2020,39(05)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
La1-xCexMnO3/ATP纳米复合材料上NH3-SCR吸附反应机制[23]
对于NH3-SCR反应来说,决定其反应速率及活性的关键步骤是反应物在催化剂表面的吸附,而根据氮氧化物在反应过程中吸附状态的不同,该催化反应分为2种机制(图3)[4]:(1)Eley-Rideal(E-R)机制:首先,NH3吸附在L酸位点或B酸位点上,然后被吸附活化的NH3物种直接与气态NO反应,生成活性中间体NH2NO/NH3NO,随后分解为N2和H2O。同时,高价氧化还原位点还原成较低的化合价,可以被O2再氧化以完成氧化还原循环。(2)Langmuir-Hinshelwood(L-H)机制:NH3吸附在酸性位点上形成NH+4离子,NO被高价氧化还原位点氧化形成具有活性的双齿硝酸盐/桥式硝酸盐/单齿亚硝酸盐,后者与NH+4反应形成NH4NO2/ NH4NO3,随后分解为N2和H2O。同时,高价氧化还原位点还原成较低的化合价,可以被O2再氧化以完成氧化还原循环。Zhang等[12]提出了一种低温下NO和NH3在LaMnO3催化剂上进行SCR反应的L-H机制:首先气态NH3和NO分别以NH+4离子和亚硝酰基物种的形式吸附在LaMnO3表面,随后被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。最后NH+4离子与活性亚硝酸盐反应生成不稳定的亚硝酸铵,最终产生N2。研究者认为这2种机制在SCR反应中同时存在[33],而不同的反应温度、还原剂和催化剂都可能导致某一种机制占主导地位。需要注意的是,在钙钛矿NH3-SCR脱硝领域,机制研究还比较浅显,而不同体系的钙钛矿材料催化过程也不尽相同,迄今为止尚未达成共识。在NH3-SCR反应中,NH3吸附活化和活性位点的氧化还原循环是2个重要过程,研究催化剂的氧化还原性质和酸性位点对追踪反应过程至关重要。通常,催化剂的氧化还原性质和表面酸性位点分别决定了低温和高温活性[34]。优异的氧化还原能力可以产生活性NH2和NO2,分别通过E-R机制和“快速SCR反应”提高反应效率,但过强的氧化还原性能会导致NH3或者反应中间物种的脱氢,产生NH物种,从而降低NH3-SCR活性及N2选择性。较强的酸性位点有利于形成吸附态NH3/NH+4物种,是形成NH2物种和随后与活性亚硝酸盐/硝酸盐反应的先决条件。因此,这两部分的研究对于提高反应活性、拓宽反应温度窗口有着重要意义。
钙钛矿催化剂主要有ABO3型、A1-xA′xB1-yB′yO3掺杂型和负载型。单纯的ABO3型钙钛矿因表面酸碱性位点较少,氧化还原能力不易调控,无法取得理想的活性。通过掺杂其他元素,可以改变元素化合态、制造缺陷,调变氧化还原能力,提高催化性能。将钙钛矿负载到其他载体上,利用载体的特殊结构和微观性能,增加催化剂的比表面积和催化活性位点。同时钙钛矿高度均匀分散,减少钙钛矿用量且达到相同催化效果,可有效降低催化剂成本[10]。1.1 ABO3型钙钛矿
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙钛矿型催化剂La1-xSrxMn0.95Ni0.05O3氨气选择性催化还原NO[J]. 阿荣塔娜,李永红,李晓良. 化工进展. 2014(04)
[2]用于NH3选择性催化还原NO的非钒基催化剂研究进展[J]. 刘福东,单文坡,石晓燕,张长斌,贺泓. 催化学报. 2011(07)
[3]Effect of strontium substitution on the activity of La2-xSrxNiO4（x=0.0-1.2）in NO decomposition[J]. ZHU JunJiang 1 ,YANG XiangGuang 2 ,XU XueLian 3 &WEI KeMei 1 1 National Research Center of Chemical Fertilizer Catalysts,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China; 2 Changchun Institute of Applied Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130022,China; 3College of Chemistry&Chemical Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China. Science in China（Series B:Chemistry）. 2007(01)
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