新型铈基氧化物NH3-SCR催化剂的改进 (2)
1 引言
伴随着来自能源危机和全球气候变暖的挑战，柴油机在市场上由于其对于化石燃料的高效利用变得越来越具有竞争力。随着石油资源日趋短缺，CO2减排压力增大，燃油经济性好和动力性强的柴油车日益受到重视。因此，相较于配备技术相对成熟三效催化剂的汽油车，柴油车排放的氮氧化物（NOx）的如何控制仍然是一个亟待解决的问题。所以，在富氧条件下氮氧化物（NOx）的选择性催化还原（SCR）是整个环境催化研究领域中的热点之一。核心问题是发展环保，高效和稳定的SCR催化剂。NH3-SCR技术在燃煤电厂烟气脱硝工艺技术具有多年的行业应用经验，也有望于柴油机尾气中氮氧化物（NOx）的去除。在NH3-SCR技术中，传统的钒基NH3-SCR催化剂由于具有生物毒性、高温稳定性差、操作温度窗口较窄等缺点而在柴油车上的应用中受到限制。因此，开发高效、稳定、环境友好型的非钒基催化剂来替代传统钒基催化剂以用于柴油车尾气NOx净化，是NH3-SCR技术发展的一个重要趋势。目前，世界范围内中、重稀土用量不断增加，而Ce等高丰度轻稀土元素大量积压。因此，Ce元素利用途径的开发对稀土资源的高效、合理利用具有重要意义。本文致力于柴油车用高效Ce基氧化物催化剂的改进研究，对于开发高丰度轻稀土元素Ce在环境催化领域的新用途以及解决柴油车尾气NOx催化净化所面临的困境具有重要意义。
1.1 NH3-SCR技术简介
该技术是在富氧条件下，向烟气中喷入NH3、尿素或者其他可提供NH3的还原剂，在催化剂的作用下选择性的将NOx还原为N2，从而达到去除NOx的目的。目前，NH3-SCR技术已经被成功引入柴油车尾气NOx净化领域，并且已进入了实用化阶段。随着柴油车尾气排放法规的日益严格，NH3-SCR由于在很宽的温度范围内具有优异的NOx去除性能，而被认为是最具有应用前景的柴油车尾气NOx控制技术[1，2，3]。
NH3-SCR的主要反应方程式包括：
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (标准SCR反应) （1-1）
4NH3 + 2NO2 + O2 → 3N2 + 6H2O （1-2）
4NH3 + 2NO + 2NO2 → 4N2 + 6H2O (快速SCR反应) （1-3）
在柴油车尾气中NO通常占NOx的90%以上，因此，在NH3-SCR中（1-1）为发生的主要反应。当NOx中NO和NO2摩尔比为1:1时，主要发生反应（1-3），NOx转化率，尤其是低温条件下的NOx转化率，可以在很大程度上得到提高。但如果NO2比例过高，则多余的NO2需要单独与反应进行消耗，即发生反应（1-2）。
为了满足日益严格的NOx排放法规，国外众多汽车及发动机厂商开始大力开展NH3-SCR系统的应用化研究并使之产品化。中国重汽、潍柴、上柴、玉柴等国内企业也都将采用NH3-SCR技术路线进行尾气后处理，以达到“国四标准”要求。NH3-SCR技术广泛应用于柴油车尾气NOx去除已经是大势所趋。该技术的关键核心是催化剂，而传统的钒基 NH3-SCR催化剂由于具有生物毒性、高温稳定性差、操作温度窗口较窄等缺点而在柴油上的应用中受到限制。虽然我国目前还允许钒基催化剂的生产和使用，但随着环境保护要求的提高和技术的进步，全面淘汰钒基催化剂也只是时间问题。因此，开发高效、稳定、环境友好的新型催化剂来替代传统钒基催化剂用于柴油车尾气NOx净化，是NH3-SCR技术发展的一个重要趋势。
1.2 非钒基NH3-SCR催化剂
近年来，在国际上引起普遍关注的非钒基NH3-SCR催化剂主要有两类，一类是是分子筛催化剂（包括Cu基分子筛催化剂和Fe基分子筛催化剂），一类是氧化物催化剂（包括Fe基氧化物氧化剂、Mn基氧化物氧化剂和其他非钒基氧化物氧化剂）[3，4]。
上一篇：双组份染料废水絮凝脱色机理的研究