氮氧化物危害大，氨选择性催化还原技术成治理关键

氮氧化物危害大，氨选择性催化还原技术成治理关键

【摘要】：随着环保意识的增强，氮氧化物（NO_x）的危害受到广泛关注。NO_x作为一次大气污染物之一，主要来源于以燃煤电厂为代表的固定源和以机动车为代表的移动源，不仅能造成酸雨、光化学烟雾，还是PM_(2.5)的重要前体物，严重危害人体健康和植物生长，因此NO_x的控制迫在眉睫。研究表明，氨选择性催化还原（NH_3-SCR）技术是控制固定源NO_x排放最经济有效的方法。商业化的-WO_3/TiO_2和-MoO_3/TiO_2脱硝催化剂的最佳工作温度窗口为300–400℃，因此NH_3-SCR脱硝设施通常安装在除尘器和脱硫装置之前，以满足最佳工作温度的要求。但在这种情况下，脱硝催化剂容易被烟气中的飞灰和含硫化合物堵塞和毒化而失活。另外，对于老电厂增设脱硝设施的改造项目，除尘脱硫装置前没有足够的空间安装脱硝设施。因此，开发环境友好的低温NH_3-SCR脱硝催化剂尤为重要，因为它可以直接安装在除尘脱硫装置之后，从而有效减缓脱硝催化剂的失活，方便改造项目的建设。研究表明，锰基催化剂由于具有良好的氧化还原性能和氧迁移能力，有利于NO氧化为NO_2，促使反应沿着“快速NH_3-SCR”路径进行，从而表现出优异的低温脱硝性能。

但其N2选择性、耐水性和操作温度窗口还有待提高，因此开发具有高催化活性、宽操作温度窗口、优异耐水性和理想N2选择性的低温脱硝催化剂仍然是一个具有挑战性的课题。二氧化铈(CeO_2)因具有优异的氧化还原性能、良好的储放氧能力、丰富的氧空位以及易于进行Ce~(4+)/Ce~(3+)切换而广泛应用于NH_3-SCR反应，因此由锰氧化物(MnO_x)和CeO_2组合制备的MnO_x-CeO_2催化剂可表现出优异的低温脱硝性能。催化剂的理化性质和催化性能也在很大程度上取决于其制备方法。因此本文采用不同的方法（机械混合法、浸渍法、水热法、共沉淀法和溶胶-凝胶法）制备了系列用于低温NH3-SCR反应的MnOx-CeO2催化剂，并利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、氮物理吸附、氢气程序升温还原（H2-TPR）、氨程序升温脱附（NH3-TPD）、X射线光电子能谱（XPS）和原位漫反射红外光谱（IRS）等表征技术对催化剂进行了系统的分析，详细探究了制备方法对MnOx-CeO2催化剂理化性质和催化性能的影响。结果表明，其低温脱硝性能表现为：水热法>溶胶-凝胶法>共沉淀法>浸渍法>机械混合法。

这与催化剂表面Ce3+、Mn4+的含量、氧空位和表面吸附氧物种的浓度以及酸性和酸强度的顺序相一致，这些性质与MnO_x与CeO_2之间的电子相互作用（即Mn~（3+）+Ce~（4+）?Mn~（4+）+Ce~（3+））密切相关，特别是采用水热法制备的MnO_x-CeO_2催化剂（MnCe-HTM）表现出优异的物理化学性能、最优的低温脱硝性能和理想的耐水性，这是由于Mn~（n+）掺入CeO_2晶格中形成铈基固溶体（含Mn-O-Ce结构）以及水热过程中的高温高压环境，强化了MnO_x与CeO_2之间的电子相互作用。