氨选择性催化还原脱硝反应中不同结构铈基催化剂的SO2硫酸化作用机制及其对催化性能的影响

The rapid development of industry needs huge energy consumption, coal is dominated in the energy structure of China, which results in severe environmental pollution by the emission of coal–fired flue gas. Thus, the treatment of exhaust gas is the most crucial part. The selective catalytic reduction of NOx by NH3 (NH3–SCR) is one of the most important technique for the deNOx of coal–fired flue gas. Based on the abundant resources and excellent catalytic performance of rare earth element for NOx elimination, we will firstly synthesize ceria–based catalyst by supporting/or doping active component on the surface of cerium dioxide /or in cerium dioxide, and mainly study the effect of sulfation process on catalytic performance over ceria–based catalyst. Moreover, we will deeply investigate the relationship between the surface dispersed or bulk doped amount of active component in catalyst and the sulfation degree of cerium dioxide, and study the influence of the existence state of sulfate、redox property and surface acidity on catalytic performance over ceria-based catalyst with the help of a series of characterization means. Finally, we will attempt to use the in–situ characterization technique to explore the sulfur–resistance mechanism in NH3–SCR at molecular level. Through the implementation of this project, it is expected to provide some scientific basis for designing the ceria–based catalyst with excellent SO2 tolerance, and further make a contribution to the development of China’s environmental protection career.

工业迅猛发展需要巨大的能源消耗，煤炭在我国能源结构中占主导地位，而煤炭燃烧所排放的烟气却给环境造成了严重的污染，因此，尾气治理是至关重要的一环。NH3选择性催化还原NOx（NH3–SCR）是燃煤烟气脱硝的最主要技术，基于我国丰富的稀土资源及其在NOx催化消除方面的优异性能，本项目针对活性组分以表面负载或离子掺杂的方式改性氧化铈制得铈基催化剂，重点研究SO2硫酸化处理对铈基催化剂催化性能的影响规律，并借助于多种表征手段深入考察活性组分在催化剂中的分散程度和掺杂含量与氧化铈硫酸化程度之间的关系，并研究硫酸化铈基催化剂中硫酸盐存在状态、氧化还原性能以及表面酸性等对催化性能的影响规律，从而建立催化剂与催化反应之间的构效关系，同时运用原位技术尝试着从分子层面探讨催化剂表面的NH3–SCR抗硫机理。通过本项目的实施，以指导设计具有优良抗SO2中毒性能的铈基脱硝催化剂，从而为我国环保事业的发展作出贡献。

煤炭燃烧所排放的烟气却给环境造成了严重的污染，NH3选择性催化还原NOx（NH3–SCR）是燃煤烟气脱硝的最主要技术。本项目采用浸渍法和共沉淀法改性CeO2制得铈基催化剂，重点研究离子改性对对铈基催化剂催化性能和抗硫中毒性能的影响规律，并借助于多种表征手段深入考察活性组分在催化剂中的分散程度、CeO2存在状态、催化剂的氧化还原性能以及表面酸性等对催化性能的影响规律，同时运用in-situ DRIFT探讨了催化反应机理。主要研究结论包括：（1）在无SO2烟气反应条件下，催化剂的表面酸性质是决定铈基催化剂催化性能的主要因素，这主要是因为可促进NH3的吸附，因此通过添加酸性氧化物改性CeO2制得的铈基复合氧化物催化剂通常在250−450 ℃具有良好的脱硝性能；（2）在反应温度大于300℃，铈基催化剂中CeO2的存在状态是决定其抗硫中毒性能的关键因素，当CeO2为分散状态时催化剂抗硫性能差，当CeO2为无定形或者晶相状态时催化剂具有良好的抗硫中毒性能；（3）硫酸盐由于可提供Brønsted酸位，因而硫酸盐吸附于铈基催化剂通常有助于其高温段的脱硝性能，但是却显著抑制铈基催化剂的低温段活性。从目前研究结果来看，硫酸盐吸附会抑制催化剂的氧化还原性能，不利于低温下反应物分子的吸附和活化。采用氧化性较强的CuO、AgO或者MnOx可改善铈基催化剂的低温抗硫中毒性能。通过本项目的实施，指导设计具有优良抗SO2中毒性能的铈基脱硝催化剂，从而为我国环保事业的发展作出贡献。