选择性、碱金属/碱土金属抗性增强的中低温MnOx-CeO2@TNTs脱硝催化剂研究

Catalysts for selective catalytic reduction (SCR) of NO in low/medium temperature range is an important research directions in environmental catalysis, among which Mn-based catalysts are one of the hotspots. However, Mn-based catalysts still have problems in N2 selectivity and alkaline resistance. As such, synergetic confined-structure of titanate nanotube-confined MnOx-CeO2 is developed herein. By means of the modificatoin of redox property in the confined space, the selectivity of N2 is greatly improved. Meanwhile, the walls of titanate nanotubes can shield the solid-state alkali metals or alkaline earth metals from MnOx-CeO2 particles, and titanate nanotubes can arrest the ionic poisons by ion-exchange. Therefore, the alkali resistance can also be improved. The main research of this application contains preparation method, structure-activity relationship, mechanism of SCR reaction and protection mechanism. Through the abovementioned research, an successful example of low/medium temperature SCR catalyst with superior activity, selectivity and alkaline resistance is set, which provides a new insight in the improvement of selectivity and alkaline resistance for low/medium temperature SCR catalysts.

中低温脱硝催化剂是环境催化领域的重要研究方向，其中含锰催化剂的研究已成为热点之一。针对中低温含锰脱硝催化剂选择性欠佳、碱金属/碱土金属抗性不足的问题，本项目拟构建MnOx-CeO2@TNTs协同限域体系，借助钛基纳米管的限域空间调控锰铈复合氧化物的氧化还原特性，借助钛基纳米管的离子交换作用和隔绝作用实现对锰铈活性粒子的保护，以此增强催化剂的选择性和碱金属/碱土金属抗性。本项目将从合成方法、构效关系、反应机理、抗中毒机理等方面展开系统研究，揭示如何增强中低温含锰脱硝催化剂的选择性和碱金属/碱土金属抗性。研究成果将为中低温脱硝催化剂选择性、碱金属/碱土金属抗性的改善提供理论基础和参考案例。

中低温脱硝催化剂是环境催化领域的重要研究方向，其活性、N2选择性、碱金属/碱土金属抗性等性能仍有待改进。本项目完成了计划的合成方法优化研究、构效关系及反应机理研究、碱金属/碱土金属抗性及抗中毒机理研究，开发了多个具有优异脱硝活性、选择性和碱金属/碱土金属抗性的中低温脱硝催化剂，并提出了相应的脱硝反应机理和抗中毒机理。在完成原计划的钛纳米管（TNTs）负载MnOx、CeO2催化剂研究的基础上，项目还根据反应机理、抗中毒机理研究成果，拓展研究了TNTs负载Cu的催化剂。. 在合成方法优化研究方面，通过优化载体pH值、负载量、焙烧温度等制备参数，成功合成了Mn-Ce/TNTs、Cu/TNTs、Mn/TNTs等催化剂，这类核壳型催化剂具有优异的脱硝性能，其活性及N2选择性尤为突出。在构效关系及反应机理研究方面，发现钛纳米管独特的限域结构不仅显著提升了催化剂的NH3吸附能力，而且改变了Mn、Ce、Cu活性物质的形态及氧化还原特性，进而提升了催化剂的SCR反应活性及N2选择性。在碱金属/碱土金属抗性及抗中毒机理研究方面，发现钾盐会导致Ce/TiO2纳米颗粒催化剂的严重失活，氧化铈形态和结构的变化，以及催化剂表面酸性强度的降低，是催化剂失活的主要原因，而核壳型催化剂具有优良的抗碱金属/碱土金属中毒能力，其主因是钛纳米管的管壁可以隔绝固体碱金属、碱土金属物质，避免其进入管道内部，进而避免氧化铈失活，并且钛纳米管层间的质子会与碱金属/碱土金属离子发生离子交换作用，并将其锁定在层间。. 本项目取得了一些研究成果，共发表论文5篇，其中SCI论文4篇，含影响因子4.312和5.896的论文各1篇，项目执行期间共申请国家发明专利5项，已获授权2项。所有的预期目标及成果均已完成。项目研究成果可为中低温脱硝催化剂选择性、碱金属/碱土金属抗性的改善提供理论基础和参考案例。