CuNiTi類(lèi)水滑石衍生物富氧丙烯選擇性催化還原NO的研究.pdf

1、隨著機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的快速增加，其尾氣造成的氮氧化物(NOx)污染引起了人們的高度重視，尤其是傳統(tǒng)三效催化劑在節(jié)約能源的貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣環(huán)境中的失效問(wèn)題，使富氧條件下 NOx的有效降解成為了機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣脫硝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。目前，利用尾氣組分作為還原劑，采用選擇性催化還原(SCR)技術(shù)對(duì)NOx進(jìn)行降解被認(rèn)為是消除尾氣中NOx的有效方法。因此，開(kāi)發(fā)高效的富氧SCR脫硝催化劑具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　已有的研究結(jié)果表明，金屬氧化物催

2、化劑具有一定的SCR脫硝活性，且價(jià)格低廉，具有很大的應(yīng)用潛力。此外，水滑石類(lèi)衍生物因其高比表面積、高分散性和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)被用作催化劑及催化劑載體。為了獲得更高的催化活性，本文對(duì)水滑石的合成方法進(jìn)行了優(yōu)化，采用尿素均勻共沉淀法制備了CuTi、NiTi及CuNiTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑，考察其富氧C3H6-SCR脫硝活性。通過(guò)一系列現(xiàn)代儀器分析手段表征催化劑的結(jié)構(gòu)、探討反應(yīng)機(jī)理，研究催化劑結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，取得以下主要研究成果:

3、>　　(1)共沉淀法、水熱法、尿素均勻共沉淀法以及尿素水熱復(fù)合法均能成功地合成水滑石。共沉淀法合成的催化劑表現(xiàn)為MgO和Al2O3的混合氧化物結(jié)構(gòu)，以尿素為沉淀劑的其他三種方法合成的催化劑主要是尖晶石結(jié)構(gòu)。尖晶石結(jié)構(gòu)的催化劑具有更高含量的Lewis酸，其含量與催化活性成正比。尿素均勻共沉淀法合成的催化劑具有最高的Lewis酸含量，表現(xiàn)出最高的催化活性，是最有利于提高脫硝效率的合成方法。
　　(2)采用尿素均勻共沉淀法制備了CuTi

4、類(lèi)水滑石衍生物催化劑（Cu-Ti摩爾比為2、3、4和5），Cu3Ti1催化劑的催化活性最高，在270℃時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化率達(dá)到74％。隨著Cu含量增加，CuTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑由鈦酸銅轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸~。六方晶系的鈦酸銅晶格結(jié)構(gòu)中的正電荷密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單斜晶系的氧化銅，導(dǎo)致鈦酸銅的Lewis酸含量高于氧化銅，進(jìn)而表現(xiàn)出更高的催化活性。Cu物種在CuTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑中分別以表面分散Cu和體相Cu兩種形式存在，表面分散Cu2+是反應(yīng)的活性物

5、種，體相Cu是硝酸鹽的吸附位。硝酸鹽、乙酸鹽和甲酸鹽是CuTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑富氧C3H6選擇性催化還原NO反應(yīng)的活性中間體。
　　(3)熱解溫度改變了CuTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑中體相Cu的結(jié)構(gòu)。CuTi類(lèi)水滑石在熱解過(guò)程中表現(xiàn)出兩個(gè)主要的相變過(guò)程:層間陰離子析出生成鈦酸銅和鈦酸銅分解生成氧化銅和金紅石。450℃是類(lèi)水滑石結(jié)構(gòu)向鈦酸銅結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化最快的溫度，該溫度熱解得到的催化劑以鈦酸銅為主，且具有最高的比表面積、表面Lewis

6、酸含量、表面分散Cu2-含量以及催化活性。因此，從提高催化活性的角度認(rèn)為，450℃是CuTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑最佳的熱解溫度。
　　(4)采用尿素均勻共沉淀法制備了NiTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑（Ni-Ti摩爾比為0.5，1，2，和3），Ni1Ti1催化劑的催化活性最高，在430℃時(shí)，NO轉(zhuǎn)化率和N2收率分別為77％和66％。NiTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑具有較高的比表面積，結(jié)構(gòu)以銳鈦礦為主。Ni在催化劑中以正二價(jià)形式存在，當(dāng)Ni2

7、-與銳鈦礦之間形成了強(qiáng)的相互作用時(shí)，能夠提高表面氧的含量且有效地控制了C3H6的活化，因而有利于富氧C3H6-SCR反應(yīng)活性的提高。與CuTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑相比，NiTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑具有更高的C3H6吸附以及氧化能力。
　　(5)與CuTi類(lèi)水滑石衍生物催化劑相比，Ni組分的引入提高了催化活性并且拓寬了反應(yīng)溫度窗口，這種催化活性的提高主要源于Ni組分良好的C3H6活化能力。Cu1Ni2Ti1催化劑的催化活性最高，在2