铈钨氧化物NH3-SCR催化剂的改进与开发(3)
Gao等人[20,21]采用溶胶-凝胶法制备了CeO2-TiO2催化剂，其具有较大的比表面积和较高的氧化还原能力，同时具有较强的Ce-Ti相互作用和更高浓度的表面吸附氧物种，相比于使用浸渍法和共沉淀法制备的CeO2-TiO2催化剂，其具有更高的SCR反应活性，但仍然易受H2O和SO2的影响。
Liu等人[22]研究了不同方法制备的Ce-W复合氧化物催化剂的NH3-SCR反应活性，结果表明，浸渍法和固体研磨法制备的催化剂明显优于溶胶-凝胶法制备催化剂的反应活性（175℃～500℃）。其优异的催化活性得益于催化剂较大的比表面积和表面上高浓度的Ce与Ce3+物种增强了NO的氧化，且在其表面上存在大量酸性位点。
1.3.3 NH3-SCR催化反应机理
目前研究者对各种NH3-SCR催化剂上的反应机理还没有达成共识，争议的主要内容包括催化剂表面B酸位和L酸位对SCR反应的贡献、催化剂活性物种的结构和存在形态，以及反应主要是依照L-H机理还是E-R机理进行反应的。本文将主要选择两种有代表性的反应机理进行简要介绍。
Topsøe等[3,9]利用原位红外光谱技术研究了V2O5/TiO2催化剂上的NH3-SCR反应机理，如图1.3所示。V5+-OH基团在反应中充当Brønsted酸性位，而V5+=O基团作为氧化还原活性位参与反应，O2在这一过程中可氧化V-OH基团（NH4+物种脱氢形成），恢复V5+ = O活性位点，使SCR反应得以持续进行。在这一反应过程中，需要双活性位点的系统作用才能完成。
Tronconi等人[6]提出了在标准SCR和快速SCR条件下钒基催化剂的氧化还原循环路径，如图1.4所示。两种反应条件下，NH3和NO的反应过程中将V位点还原。当发生标准SCR反应时，O2重新氧化被还原的V位点，完成一个氧化还原循环；当发生快速SCR反应时，硝酸盐物种重新氧化被还原的V位点，完成一个氧化还原循环。
1.4 课题的提出与内容
1.4.1 研究课题的提出
氮氧化物(NOx)是大气中的重要污染物之一，能导致光化学烟雾等一系列重大环境问题，同时具有较强的生物呼吸毒性。在固定源燃煤电厂烟气和移动源柴油车尾气净化脱硝技术中，NH3选择性催化还原NOx（NH3-SCR）技术是主流，其核心部分是NH3-SCR催化剂。目前，商业化最广的是V2O5/WO3-TiO2（锐钛矿相）催化剂。尽管该催化剂具有优异的NH3-SCR反应活性（300℃～400℃）和抗SO2中毒性能，但高温下易生成N2O致使N2选择性下降；同时，由于V2O5较强的氧化性，使反应气体中的SO2向SO3转化，造成催化剂孔道的堵塞和烟气管道的腐蚀。再者，催化剂中组分V具有生物毒性，在SCR反应过程中易发生升华或脱落，对人体健康和生态环境造成潜在危害。因此，研究者一直致力于NH3-SCR非钒基催化剂的研发。其中，新型的环境友好型Ce-W复合氧化物催化剂由于其在很宽的温度窗口内（250℃～425℃）均具有优异的NH3-SCR活性和N2生成选择性，并且即使在高空速（400 000 h-1）条件下和宽温度窗口内仍可以达到很高的NOx转化率，有望大规模应用到实际的NOx净化过程中。本文旨在探究催化剂制备方法对Ce-W复合氧化物催化剂NH3-SCR反应活性的影响。
1.4.2 研究内容
本文参考了目前研究者们的最新成果，分别用均匀沉淀法、直接蒸干法、溶液混合法、固体研磨法制备了不同的铈钨复合氧化物催化剂并评价其NH3-SCR反应活性。本课题研究内容主要包括以下四个方面：
(1) 结合文献对Ce-W催化剂的制备方法进行初步探索，选出一种活性较优的制备方案；
(2) 采用控制变量法对选出的方法进行系统研究，通过对比催化活性，确定该方法最佳的制备条件；
(3) 改变催化剂中Ce/W的配比和反应条件（如改变空速、加SO2加H2O），进一步评价催化剂的反应活性；
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