贫燃条件In-Ag/TiO2-γ-Al2O3催化CO选择性还原NO

doi:10.1016/S1872-2067(16)62533-0

催化学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (11): 2018-2024.DOI: 10.1016/S1872-2067(16)62533-0

贫燃条件In-Ag/TiO₂-γ-Al₂O₃催化CO选择性还原NO

吴爽^a,b, 李学兵^c, 方向晨^d, 孙媛媛^c, 孙京^b, 周明东^b, 臧树良^a,b

a 华东师范大学化学系, 上海 200062;
b 辽宁石油化工大学化学与材料科学学院, 辽宁抚顺 113001;
c 中国科学院青岛生物能源与过程研究所, 山东青岛 266101;
d 中国石化抚顺石油化工研究院, 辽宁抚顺 113001

收稿日期:2016-07-14 修回日期:2016-08-18 出版日期:2016-11-25 发布日期:2016-11-25
通讯作者: Shuliang Zang,Tel:+86-24-56863837; E-mail:slzang@lnpu.edu.cn;Mingdong Zhou,Tel:+86-24-56860770; E-mail:mingdong.zhou@lnpu.edu.cn
基金资助:
国家科技支撑计划（2012BAF03B02）；国家自然科学基金（21101085，U1162203）；辽宁省自然科学基金（2015020196）；山东省博士基金（BS2015HZ003）；抚顺市科技厅（FSKJHT 201423）；辽宁省高等学校优秀人才支持计划（LJQ2012031）.

NO reduction by CO over TiO₂-γ-Al₂O₃ supported In/Ag catalyst under lean burn conditions

Shuang Wu^a,b, Xuebing Li^c, Xiangchen Fang^d, Yuanyuan Sun^c, Jing Sun^b, Mingdong Zhou^b, Shuliang Zang^a,b

a Department of Chemistry, East China Normal University, Shanghai 200062, China;
b School of Chemistry and Materials Science, Liaoning Shihua University, Fushun 113001, Liaoning, China;
c Key Laboratory of Biofuels, Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266101, Shandong, China;
d Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Sinopec Group, Fushun 113001, Liaoning, China

Received:2016-07-14 Revised:2016-08-18 Online:2016-11-25 Published:2016-11-25
Contact: Shuliang Zang,Tel:+86-24-56863837; E-mail:slzang@lnpu.edu.cn;Mingdong Zhou,Tel:+86-24-56860770; E-mail:mingdong.zhou@lnpu.edu.cn
Supported by:
This work was supported by the National Science & Technology Pillar Program (2012BAF03B02), National Natural Science Foundation of China (21101085, U1162203), Natural Science Foundation of Liaoning Province (2015020196), Doctoral Fund of Shandong Province (BS2015HZ003), Fushun Science & Technology Program (FSKJHT 201423), and Liaoning Excellent Talents Program in University (LJQ2012031).

摘要/Abstract

摘要：

汽车尾气中主要污染成分CO和NO_x可导致酸雨、光化学烟雾和臭氧空洞效应，对生物、环境及生态系统造成重大危害.污染源中CO是性能优良的还原剂，如能不添加还原剂实现CO催化还原NO_x，将成为最具经济技术优势的NO_x脱除技术.在富氧、低温条件下，利用CO选择性催化还原NO_x为N₂，是目前选择性催化还原研究中的热点和难点.催化CO还原NO_x常用的贵金属Ir，Rh，Pt和Pd矿藏稀少，价格昂贵，有氧条件下活性急降，而分子筛催化剂和一些金属氧化物催化剂普遍存在反应温度高，尤其对N₂选择性差等问题.
为解决上述问题，需寻找新的适合我国矿产资源的催化体系.研究发现，稀散金属基催化剂对氮氧化物的净化具有一定效果，因而可将我国的稀散金属资源优势转化为技术优势和经济优势.因此，本文以TiO₂-γ-Al₂O₃（TA）为载体，In/Ag为活性组分，采用等体积浸渍法制备了InAg/TA以及In/TA，Ag/TA和InAg/Al（γ-Al₂O₃为载体）催化剂，考察了贫燃条件下CO选择性还原NO的催化活性.研究表明，双金属催化剂InAg/Al和InAg/TA的活性比单金属催化剂In/TA和Ag/TA高，In/TA催化剂中引入Ag物种能降低起燃温度；另外，相比于InAg/Al催化剂，InAg/TA催化剂具有较高的催化活性，550-600℃时N₂产率超过60%，说明载体中引入TiO₂可以提高催化剂活性.
为了深入研究InAg/TA催化剂中Ag物种和TiO₂对In物种的作用，通过比表面测定、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱、紫外-可见光吸收光谱、氢气程序升温还原、傅立叶变换红外线光谱等方法分析了催化剂结构和表面形态.结果表明，Ag物种可以提高In物种的分散性，In和Ag物种在TA载体表面可以很好地分散，从而有利于提高催化活性.In和Ag物种在TA载体表面以氧化态形式存在，并且Ag物种可以提高In物种表面含量，表面In和Ag物种含量越高，吸附活性位越多，催化活性越高；同时，TiO₂也可以促进NO吸附，从而提高InAg/TA催化剂活性.
InAg/TA催化剂在450℃连续反应72 h进行稳定性测试，测试前后分别在50-600℃进行活性测试，并用XRD和TEM对反应后的催化剂进行表征测试.结果表明，InAg/TA催化剂具有较好的稳定性，连续反应前后催化剂活性基本保持不变，推测可能由于在有CO和O₂存在的体系中，Ag物种利用自身Ag⁺与Ag⁰之间的氧化还原反应抑制了活性组分In₂O₃的还原和聚集，稳定了In物种乃至催化剂活性.
InAg/TA催化剂用于贫燃条件下CO还原NO具有较好的催化效果，主要归因于催化剂活性组分分散性好，稳定性高，对NO吸附能力强.Ag物种可以稳定In物种并提高其分散性，TiO₂可以改善In物种和Ag物种的分散性并促进NO吸附.

关键词: 一氧化碳还原一氧化氮, 贫燃, 铟/银双金属催化剂, 脱硝

Abstract:

TiO₂/γ-Al₂O₃ supported In/Ag catalysts were prepared by impregnation method, and investigated for NO reduction with CO as the reducing agent under lean burn conditions. The microscopic struc-ture and surface properties of the catalysts were studied by N₂ adsorption-desorption, X-ray diffrac-tion, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, ultraviolet-visible spec-troscopy, H₂ temperature-programmed reduction and Fourier transform infrared spectroscopy. TiO₂/γ-Al₂O₃ supported In/Ag is a good catalyst for the reduction of NO to N₂. It displayed high dis-persion, large amounts of surface active components and high NO adsorption capacity, which gave good catalytic performance and stability for the reduction of NO with CO under lean burn condi-tions. The silver species stabilized and improved the dispersion of the indium species. The introduc-tion of TiO₂ into the γ-Al₂O₃ support promoted NO adsorption and improved the dispersion of the indium species and silver species.

Key words: Nitrogen oxide reduction with carbon monoxide, Lean burn condition, Indium/silver bimetallic catalyst, Removal of nitrogen oxides

吴爽, 李学兵, 方向晨, 孙媛媛, 孙京, 周明东, 臧树良. 贫燃条件In-Ag/TiO₂-γ-Al₂O₃催化CO选择性还原NO[J]. 催化学报, 2016, 37(11): 2018-2024.

Shuang Wu, Xuebing Li, Xiangchen Fang, Yuanyuan Sun, Jing Sun, Mingdong Zhou, Shuliang Zang. NO reduction by CO over TiO₂-γ-Al₂O₃ supported In/Ag catalyst under lean burn conditions[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(11): 2018-2024.

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贫燃条件In-Ag/TiO₂-γ-Al₂O₃催化CO选择性还原NO

NO reduction by CO over TiO₂-γ-Al₂O₃ supported In/Ag catalyst under lean burn conditions

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