CuNiTi類水滑石衍生物富氧丙烯選擇性催化還原NO的研究.pdf

1、隨著機動車保有量的快速增加，其尾氣造成的氮氧化物(NOx)污染引起了人們的高度重視，尤其是傳統三效催化劑在節約能源的貧燃發動機尾氣環境中的失效問題，使富氧條件下 NOx的有效降解成為了機動車尾氣脫硝領域的研究熱點和重點。目前，利用尾氣組分作為還原劑，采用選擇性催化還原(SCR)技術對NOx進行降解被認為是消除尾氣中NOx的有效方法。因此，開發高效的富氧SCR脫硝催化劑具有重要的理論和現實意義。
　　已有的研究結果表明，金屬氧化物催

2、化劑具有一定的SCR脫硝活性，且價格低廉，具有很大的應用潛力。此外，水滑石類衍生物因其高比表面積、高分散性和高穩定性的特點被用作催化劑及催化劑載體。為了獲得更高的催化活性，本文對水滑石的合成方法進行了優化，采用尿素均勻共沉淀法制備了CuTi、NiTi及CuNiTi類水滑石衍生物催化劑，考察其富氧C3H6-SCR脫硝活性。通過一系列現代儀器分析手段表征催化劑的結構、探討反應機理，研究催化劑結構與功能之間的關系，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合法均能成功地合成水滑石。共沉淀法合成的催化劑表現為MgO和Al2O3的混合氧化物結構，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構。尖晶石結構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，NO的轉化率達到74％。隨著Cu含量增加，CuTi類水滑石衍生物催化劑由鈦酸銅轉變為氧化銅。六方晶系的鈦酸銅晶格結構中的正電荷密度遠遠高于單斜晶系的氧化銅，導致鈦酸銅的Lewis酸含量高于氧化銅，進而表現出更高的催化活性。Cu物種在CuTi類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類水滑石衍生物催化劑富氧C3H6選擇性催化還原NO反應的活性中間體。
　　(3)熱解溫度改變了CuTi類水滑石衍生物催化劑中體相Cu的結構。CuTi類水滑石在熱解過程中表現出兩個主要的相變過程: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℃是類水滑石結構向鈦酸銅結構轉化最快的溫度，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為，450℃是CuTi類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，NO轉化率和N2收率分別為77％和66％。NiTi類水滑石衍生物催化劑具有較高的比表面積，結構以銳鈦礦為主。Ni在催化劑中以正二價形式存在，當Ni2

7、-與銳鈦礦之間形成了強的相互作用時，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反應活性的提高。與CuTi類水滑石衍生物催化劑相比，NiTi類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