楊 玲,王 晗,馬 幸,郭 鋒,梁 婉
(上海國惠環(huán)??萍技瘓F有限公司,上海 201103)
氮氧化物(NOx,NO、NO2、N2O等)排放導致一系列環(huán)境問題,如光化學煙霧、酸雨等,且NOx排放可加速形成二次氣溶膠和細顆粒。因此,人們對如何降低NOx的排放做了很多的研究,并提出了非常多的途徑,如NOx儲存還原(NSR),三效催化劑,連續(xù)再生顆粒捕集(CRT),以及選擇性催化還原(SCR)等[1-5]。在NSR中,通過貴金屬將NO氧化為NO2,再以硝酸鹽或亞硝酸鹽的形式儲存在堿性組分上[6-7]。在CRT碳煙顆粒的去除中,NO同樣先氧化成NO2,再將柴油機顆粒過濾器收集的碳煙顆粒氧化[8]。
NH3-SCR被認為是最有效的降低NOx排放的技術(shù)[9-12]。NO部分氧化成NO2后,NH3-SCR反應速率大大提高,快速SCR反應(4NH3+2NO+2NO2=4N2+6H2O)速率在低溫[(200~300) ℃]時是NO和NH3基礎反應(4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O)的10倍[13-15]。NO氧化成NO2是NH3-SCR反應中非常重要的一步。然而NO的氧化效率在標準條件下較為緩慢,這主要是由于氣相中化合物的化學性質(zhì)比較復雜,以及不同的顆粒物分布。研究合適的NO氧化催化劑得到了非常多的關(guān)注。
本文著重介紹NO氧化催化劑的研究進展。催化劑主要分為負載型催化劑、多元金屬氧化物催化劑、鈣鈦礦型催化劑、活性炭催化劑等,總結(jié)了不同催化劑對于NO氧化的催化活性,反應條件,以及反應機理研究和SO2/H2O中毒影響。
負載型催化劑中活性組分主要存在于催化劑的表面,載體提供了巨大的比表面積,不僅可以分散活性中心,同時也提供了催化反應的空間。
1.1.1 負載型貴金屬催化劑
(1) 單一貴金屬催化劑
Pt催化劑是最早用于NO氧化的單一貴金屬催化劑[8,16-17]。載體種類,Pt負載量,Pt分散度,Pt氧化物的形成方式等均影響Pt催化劑在NO氧化反應中的活性[18-20]。Schmitz P J等[21]研究了負載型Pt催化劑對NO氧化的影響,發(fā)現(xiàn)載體的影響>預處理>負載>焙燒氣氛>焙燒溫度>前驅(qū)體鹽。Xue E等[18]發(fā)現(xiàn)Pt/SiO2活性>Pt/γ-Al2O3>Pt/ZrO2。負載量為質(zhì)量分數(shù)0.1%~5%時,Pt催化劑活性隨負載量的增加而提升,Pt/SiO2催化劑中Pt顆粒越大,活性越高,表明催化劑具有明顯的尺寸效應。Olsson L等[19]證實NO氧化的反應速率隨Pt顆粒尺寸的減小而降低,這主要是由于小顆粒Pt易形成PtO和PtO2,氧化態(tài)Pt的催化活性低于金屬態(tài)。
在多相催化反應中,TiO2也是一種優(yōu)異的催化劑載體[22-23]。Li Landong等[8]采用濕法浸漬(imp)和光沉積法(pho)制備了Pt/TiO2催化劑。結(jié)果表明,濕法浸漬Pt/TiO2催化劑用H2/He預處理比O2/He預處理活性更高,光沉積制備的Pt/TiO2催化劑O2/He預處理后表現(xiàn)出最好的NO氧化活性,在反應溫度為450 ℃時,NO轉(zhuǎn)化率可達到90%以上。更深入的研究表明,濕法浸漬制備的Pt/TiO2催化劑O2/He預處理后主要包含PtⅡO,這種形態(tài)比金屬態(tài)Pt的活性低得多[19,24]。光沉積Pt/TiO2催化劑中,不同條件預處理后,Pt的形態(tài)通常是Pt0,Pt分散性比濕法浸漬催化劑好,且催化活性也更高。Song Shuzhen等[25]發(fā)現(xiàn),沉積-沉淀法制備Pt/TiO2催化劑過程中,pH值影響催化活性,pH值約為7時,催化劑具有最高的活性。
Li Landong等[26]制備了一系列Ru催化劑,包括Ru/TiO2(P25,70%銳鈦礦,30%金紅石)、Ru/TiO2(銳鈦礦,A)、Ru/TiO2(金紅石,R)、Ru/ZrO2、Ru/SiO2和Ru/Al2O3,并用于NO氧化反應。結(jié)果表明,Ru/TiO2催化劑活性最好,在反應溫度為275 ℃時,NO轉(zhuǎn)化率可達到94%?;旌舷郥iO2載體比單一相TiO2效果更好,當Ru負載量為質(zhì)量分數(shù)2%時活性最佳。研究發(fā)現(xiàn),在Ru催化劑表面形成了不同種類的RuO2物種,其中高度分散的無定型RuO2的活性最高。Pd也是一種典型的貴金屬催化劑,但是Auvray X等[27]發(fā)現(xiàn)Pd/Al2O3催化劑活性低于Pt/Al2O3和Pt-Pd/Al2O3,Narula C K等[28]也證實Pd/Al2O3催化劑即使在反應溫度354 ℃時也僅有17%的NO轉(zhuǎn)化率。在Al2O3(010)面的Pd單原子對于NO氧化沒有活性,因為在催化劑上沒有硝酸鹽的形成,另外,NO2的脫附需要能壘,這阻礙了NO氧化。Weiss B M等[29]發(fā)現(xiàn)NO氧化轉(zhuǎn)化速率隨著PdO顆粒的減小而降低,這主要是由于小顆粒中的氧空位較少,氧的鍵能較大,而且氧的活化是控速步驟。除了Pt、Ru和Pd,Au納米顆粒也是NO氧化潛在的光催化劑,Hernández-Fernández J等[30]發(fā)現(xiàn)Au負載量為質(zhì)量分數(shù)0.5%時,Au-TiO2光催化劑具有卓越的催化活性,在紫外光下,60 min內(nèi),NO轉(zhuǎn)化率可達到85%。Zhang Dieqing等[31]研究了Au納米顆粒均勻分散在金紅石型TiO2納米棒上的催化劑,結(jié)果表明,在光催化NO氧化反應中,該催化劑具有高活性,壽命長的特點,原因主要是Au量子點和TiO2納米棒間的相互促進作用可產(chǎn)生光敏性,活化NO分子,減少光電子穴重組,穩(wěn)定Au量子點。
(2) 摻雜型貴金屬催化劑
Dawody J等[32]研究金屬摻雜對Pt/Al2O3催化劑的作用,摻雜金屬包括WO3、MoO3、V2O5、Ga2O3。結(jié)果表明,WO3/Pt/Al2O3具有最高的NO氧化活性,MoO3/Pt/Al2O3次之,且添加MoO3減小了SO2對反應的影響。Irfan M F等[33]發(fā)現(xiàn)WO3可以抑制Pt的氧化從而提高NO氧化的催化活性。Hauff K等[34-35]指出WO3和MoO3金屬氧化物的加入可增強催化劑的氧化還原性能。Liu Shuang等[36]發(fā)現(xiàn)MnOx-CeO2混合氧化物摻雜Pt/Al2O3催化劑也可以提升催化活性,在反應溫度350 ℃時,NO轉(zhuǎn)化率可達到80%。Zhang Hailong等[37]分別將Al2O3、ZrO2、La2O3和Y2O3引入Pt/CeO2-MnOx催化劑中提高熱穩(wěn)定性,經(jīng)過熱處理后,NO氧化活性依然較好。
(3) 雙金屬Pt-Pd催化劑
Kaneeda M等[38]證實了在Pt/Al2O3催化劑中加入Pd可以阻止Pt物種的燒結(jié),提高熱穩(wěn)定性,但是Pd加入降低TOF值,這主要是由于Pd沒有Pt的活性高,Pd的最大添加量為0.3%(物質(zhì)的量分數(shù))。Auvray X等[27]采用共浸漬和分步浸漬法合成Pt-Pd/Al2O3催化劑,發(fā)現(xiàn)分步浸漬法合成的Pt-Pd/Al2O3催化劑具有最高的活性,反應溫度為250 ℃時,活性可達到91%。若反應氣氛中存在碳氫化合物,如丙烯等,會降低Pt-Pd/Al2O3對NO氧化的活性,主要是由于Pd的加入在很大程度加速丙烯的氧化,阻礙NO氧化[39-40]。
1.1.2 非貴金屬氧化物催化劑
盡管貴金屬催化劑具有卓越的NO氧化性能,但是較高的價格限制了其應用,而且其失活原因仍然不是很清楚。負載型金屬氧化物催化劑因低成本、高活性和穩(wěn)定性得到了廣泛研究。
(1) Al2O3負載金屬氧化物催化劑
Al2O3具有高熱穩(wěn)定性、較大比表面積、較多酸中心,易于NO物種的吸附[41-42]。Nickolov R等[43]發(fā)現(xiàn)Mn2O3改性γ-Al2O3載體負載CuO可以阻止CuO的聚集以增強催化劑活性。Wang Pan等[41]通過溶膠凝膠法合成了一系列xMn10Ce/γ-Al2O3催化劑(x=4、6、8、10),催化劑具有較好的結(jié)晶性和分散性,其中6Mn10Ce/γ-Al2O3催化劑顯示出最好的NO氧化活性,在反應溫度為300 ℃時,轉(zhuǎn)化率可達到83.5%。
(2) TiO2負載金屬氧化物催化劑
TiO2的酸中心雖然沒有Al2O3多,但其具有更好的分散性,由于硫酸鹽易于在TiO2表面分解[44],所以抗SO2性能較佳。Wu Zhongbiao等[45]用沉積沉淀法制備了一系列不同Mn/Ti比例的MnOx/TiO2催化劑,其中Mn/Ti物質(zhì)的量比為0.3時,活性最好,在反應溫度為250 ℃時,NO轉(zhuǎn)化率可達到89%,表征結(jié)果顯示,在此比例下MnOx在TiO2表面具有非常好的分散性,以及Mn3+物種的存在。An Zhongyi等[46]研究了TiO2晶相(金紅石、銳鈦礦、P25)對MnOx/TiO2催化劑的影響。結(jié)果表明,含10% P25相催化劑活性>銳鈦礦相>金紅石相,原因是P25具有更好的分散性,降低活性顆粒的團聚。Li Xiaohai等[44]研究Ce摻雜對MnOx/TiO2催化劑的促進作用。結(jié)果表明,Ce的引入增加了催化劑的儲氧能力以及氧的流動性。Zhang Jingxin等[47]合成了一系列不同Cr/Ce比的Ce摻雜CrOx-TiO2催化劑。結(jié)果表明,Cr(1)Ce(0.25)/TiO2催化劑性能最佳,在反應溫度為350 ℃時,NO轉(zhuǎn)化率為69%。表明適當添加Ce可以增強金屬與載體之間的相互作用,增加還原相,更易于反應的進行。
(3) ZrO2負載金屬氧化物催化劑
ZrO2對NOx具有較高的吸附能力,對NO氧化有潛在的應用[48-50]。Zhao Baohuai等[51]研究了MnOx/ZrO2催化劑。結(jié)果表明,與MnOx/TiO2相比較,該催化活性和熱穩(wěn)定性均更好。ZrO2除了作為載體,還為硝酸鹽中間物種提供了大量的吸附位,更易于NO氧化。Zhao Baohuai等[52]通過檸檬酸絡合法一步合成了Co/Zr1-x-CexO2催化劑,在反應溫度為300 ℃時,NO轉(zhuǎn)化率可達到79.8%。
不同組成的多元金屬氧化物的協(xié)同作用可以提高催化劑活性,雖然多元金屬氧化物催化劑已被廣泛研究,但相比較而言,Mn-Ce-Ox和Ce-Co-Ox催化劑在低溫下對NO氧化催化活性最高。Mn物種具有多種價態(tài),在多元金屬氧化物催化劑中表現(xiàn)出優(yōu)異的活性[52-53]。CeO2由于其良好的儲氧性能和氧化還原性質(zhì)得到廣泛研究[54-56]。Sun Yuanyuan等[57]研究了稀土金屬(Ce、La、Pr)摻雜對Mn基催化劑NO氧化的促進作用。在反應溫度為239 ℃時,NO氧化轉(zhuǎn)化率最高可達94%。Wang Zhihua等[58]研究了Co、Mn、Fe、Cr、Ni修飾CeOx催化劑的NO氧化性能。結(jié)果表明,Co修飾的催化劑具有最高的催化活性,在反應溫度為230 ℃時,NO轉(zhuǎn)化率可達到90%以上。Ce-Co催化劑優(yōu)異的活性與其結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性、氧化還原性,以及Co與Ce之間的相互作用有關(guān)。Li Hua等[59]報道Mn-Ce-Ox催化劑在反應溫度(100~200) ℃具有優(yōu)異的催化活性,在反應溫度為150 ℃時,NO轉(zhuǎn)化率即可達到60%以上。Ce的引入不僅可以增加MnOx的比表面積,還可以提高Mn物種的分散度。Cui Mingshan等[60]研究了共沉淀法制備的MnOx-CeO2催化劑。結(jié)果表明,MnOx與CeO2之間較強的相互作用增強了氧化物的還原能力,以及Mn4+的含量。Li Kai等[61]發(fā)現(xiàn)Mn-Co-Ce-Ox復合氧化物在較低溫度下具有較高的活性,在反應溫度為150 ℃,空速GHSV=35 000 h-1時,NO轉(zhuǎn)化率可達到80%以上。與Mn-Co-Ox相比較,催化劑的比表面積、孔容、孔徑都有明顯的提高。Wang Zhong等[62]研究了Cu/Ce0.8Zr0.2O2催化劑對NO氧化的性能,適當添加Cu后,催化性能提升,同時具有一定的抗H2O和SO2性,載體表面CuO物種的分散性對NO的吸附有一定的影響,而且Cu-Ce-Zr固溶體提供了氧空位形成活性氧,提高催化劑NO氧化的活性。
近年來,鈣鈦礦型氧化物已成為最具潛力的催化劑,其成本低、活性高、熱穩(wěn)定性好,這類材料的通式為ABO3,A位是稀土金屬或堿金屬離子,B位是過渡金屬,通過A或B位與其它離子的部分調(diào)節(jié),即可改變氧化還原性能[63-65]。LaMnO3或LaCoO3鈣鈦礦A位取代明顯提升活性[66-67]。Chen Jiahao等[68]通過溶膠凝膠法合成了非計量比的LaxMnO3(x=0.9、0.95、1、1.05、1.11),La0.9MnO3表現(xiàn)出最高的活性,A位低含量的La促使Mn3+向Mn4+轉(zhuǎn)變,以平衡價態(tài)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Shen Meiqing等[69]研究了Ca取代LaMnO3對NO催化氧化的作用,La0.9Ca0.1MnO3具有優(yōu)異的NO氧化性能,在反應溫度為300 ℃時,NO轉(zhuǎn)化率為82%。Ca部分取代后,增加了Mn3+及表面吸附氧的數(shù)量,促進NO氧化。Yoon D Y等[70]通過溶膠凝膠法合成Ag摻雜鈣鈦礦催化劑La1-xAgxMnO3,其中La0.8Ag0.2MnO3催化劑性能最好,主要是由于其具有較高的氧空位。
鈣鈦礦B位部分取代同樣影響催化性能。Chen Jiahao等[71]研究了溶膠-凝膠法制備的LaMeO3(Me=Mn、Fe、Co)催化劑,發(fā)現(xiàn)LaCoO3比其它兩種催化劑活性高,這主要是由于催化劑的還原性能不同。Wen Yuxin等[72]研究Ce摻雜鈣鈦礦催化劑(La1-xCexCoO3),在反應溫度為300 ℃時,La0.8Ce0.2CoO3催化劑具有最高的NO轉(zhuǎn)化率,達到80%。Kim C H等[67]研究了Sr摻雜鈣鈦礦型催化劑,反應溫度為300 ℃時,La0.9Sr0.1CoO3催化劑上NO轉(zhuǎn)化率可達到86%。Zhong Shifa等[73]研究共沉淀法制備的Ni-Co鈣鈦礦(LaNi1-xCoxO3)催化劑。結(jié)果表明,Co有益于吸附更多O2和NO,Ni主要調(diào)節(jié)O2在催化劑表面的吸附強度,其中LaNi0.7Co0.3O3的催化活性最好。
活性炭和活性炭纖維催化劑具有優(yōu)異的吸附性,氧化還原性,以及較多的酸中心[74-77],是NO氧化的良好催化劑之一。Guo Zhanchen等[78]研究了椰殼活性炭、瀝青基活性炭纖維和聚丙烯腈基活性炭纖維催化劑。結(jié)果表明,NO轉(zhuǎn)化為NO2的平衡狀態(tài)主要取決于溫度、O2濃度、以及活性炭性質(zhì)。催化活性順序為聚丙烯腈基活性炭纖維<瀝青基活性炭纖維<椰殼活性炭,其中椰殼活性炭在低濃度O2條件下依然表現(xiàn)出較高的NO氧化活性。Adapa S等[79]研究了NO在活性炭纖維上催化氧化的影響因素。結(jié)果表明,NO轉(zhuǎn)化程度取決于反應溫度、O2濃度和活性炭纖維的種類。與瀝青基和膠黏人造絲基活性炭纖維相比較,酚醛樹脂基活性炭纖維對NO氧化更有效。Mochida I等[80]發(fā)現(xiàn)濕度對瀝青基活性炭纖維活性具有抑制作用,在干燥空氣中,室溫下NO轉(zhuǎn)化率達到87%,在相對濕度80%的空氣中,轉(zhuǎn)化率降至62%,NO的吸附受濕度的影響。
近年來,N摻雜碳材料的研究越來越多[81-82]。碳材料表面N的存在增強吸附酸性氣體的能力[83],對催化活性的影響主要是提供表面堿性位和提供電子[84],含N表面基團的存在也對NO氧化成NO2非常有幫助。Sousa J P S等[1]制備了一系列具有不同N組分的活性炭,其中采用尿素水溶液處理的活性炭催化活性最好。該研究者還發(fā)現(xiàn)硝酸以及三聚氰胺處理的活性炭也對NO氧化有積極作用[85]。Rathore R S等[86]將活性炭纖維采用氨氣功能化,用于碳煙顆粒去除,NO氧化轉(zhuǎn)化率70%左右,這主要是由于氨功能化活性炭纖維表面具有含N基團,易于NO的吸附,并且室溫下比高溫下效果更好,該催化劑也可以捕獲顆粒物質(zhì),顆粒物質(zhì)減少約90%。
催化劑的動力學主要取決于以下幾個方面:(1)反應物的吸附;(2)催化反應的活性位點;(3)反應產(chǎn)物的脫附。NO在催化劑表面的氧化主要有兩種反應機理:(1)Eley-Rideal(E-R)機理:NO(O2)先吸附在Lewis酸或Br?nsted酸位,然后吸附態(tài)的NO(O2)直接與氣相O2(NO)反應生成吸附態(tài)NO2;(2)Langmuir-Hinshelwood(L-H)機理:NO和O2同時吸附在催化劑的活性位上,然后NO氧化成NO2。
Olsson L等[87]建立了Pt/Al2O3催化劑上NO氧化的E-R模型,Pt-O+NO→Pt-NO2被認為是決速步驟。Xue E等[18]發(fā)現(xiàn)Pt催化劑上NO氧化中,Pt和載體的鍵能是非常重要的因子。Li Landong等[88]認為采用Pt/TiO2作為催化劑時,當溫度低于表面硝酸鹽分解溫度時,氣相NO直接氧化是形成NO2的唯一路徑。表面硝酸鹽物種的分解在NO氧化中起到明顯的反作用,原因是其分解產(chǎn)物主要是NO,而不是NO2。
此外,Bhatia D等[89]研究了Pt/Al2O3上NO氧化動力學,根據(jù)L-H機理提出不同的NO氧化路徑,O2吸附被認為是決速步驟,反應機理如下所示:
NO+Pt→NO-Pt
O2+2Pt→2O-Pt
NO-Pt+O-Pt→NO2-Pt+Pt
Pt-NO2→NO2+Pt
Adapa S等[79]提出了在使用ACF作為催化劑時,NO氧化同時遵循L-H機理和E-R機理,如表1所示,O2有兩種可能的狀態(tài)。
表1 ACF催化劑上L-H機理和E-R機理Table 1 L-H mechanism and E-R mechanism over ACF catalysts
Tang Nian等[90]研究了MnOx/TiO2催化劑上NO催化氧化的機理,最可能的過程如圖1所示,NO先吸附在金屬位,形成亞硝?;?,易于形成硝酸鹽,然后硝酸鹽分解,產(chǎn)生NO2并脫附。
圖1 MnOx/TiO2催化劑上NO氧化主要路徑Figure 1 Main pathway of NO oxidation over the MnOx/TiO2 catalyst
圖2 Ce改性Cr/Ti-PILC催化劑上NO氧化反應路徑Figure 2 Reaction pathways of NO oxidation over cerium modified Cr/Ti-PILC catalyst
對于碳材料,Mochida I等[80]提出[NO-O-NO2]ad是形成NO2的關(guān)鍵中間體。Zhang Zhanquan等[92]認為大孔活性炭纖維上NO催化氧化的機理分兩個步驟:(1)在大孔中氣態(tài)NO和O2形成NO2,而C*-NOx物種不會形成;(2)新形成的NO2吸附在碳纖維表面。
總的來說,不同催化劑參與的NO氧化的反應機理,遵循E-R機理或者L-H機理或者兩者的結(jié)合,硝酸鹽中間體在NO氧化反應中起到重要的作用。
在廢氣中,不可避免有水的存在,因而水對NO氧化的影響是很重要的研究內(nèi)容之一。水對NO氧化有負面影響,主要是因為水的存在會形成硝酸鹽物種,阻礙了催化劑表面對NO的吸附。硝酸鹽物種的形成是由于反應生成的NO2和H2O形成硝酸[93],HNO3與催化劑活性組分反應產(chǎn)生硝酸鹽,沉積在催化劑表面。Li Landong等[8]發(fā)現(xiàn)水蒸氣對Pt/TiO2催化劑活性有輕微的抑制作用,水蒸氣濃度為質(zhì)量分數(shù)2%時,在反應溫度為225 ℃時可減少10%的NO轉(zhuǎn)化率,增加水蒸氣的濃度至質(zhì)量分數(shù)5%,對NO氧化的影響略大。Li Kai等[61]也評價了H2O對Mn-Co-Ce-Ox催化劑活性的影響,水蒸氣濃度為質(zhì)量分數(shù)15%時,NO轉(zhuǎn)化率降低15%,在反應溫度為150 ℃時,撤除H2O之后,活性完全恢復,表明了H2O對NO氧化的抑制作用是可逆的,而且H2O的影響可能在溫度升高到270 ℃時消失[94]。Long R等[95]發(fā)現(xiàn)Mn基過渡金屬氧化物在水蒸氣溫度(140~180) ℃時,具有較好的抗水性能,原因可能是催化劑表面存在高活性和氧化還原電位的Mnn+。Chen Hu等[96]也證實了水蒸氣濃度為質(zhì)量分數(shù)10%時,γ-MnO2催化劑顯示出非常好的抗水性能。
SO2的毒化作用是NO催化氧化很嚴重的問題之一,SO2氧化成SO3,而SO3不僅會占據(jù)催化劑吸附NO的活性中心,而且會在催化劑表面形成硫酸鹽物種,從而降低NO催化氧化的活性[94, 97]。除此之外,SO2的引入也會改變硝酸鹽形成的種類[8,88]。Lin Fawei等[98]制備了一系列CeO2-MnOx催化劑用于NO氧化,在SO2存在的情況下,NO轉(zhuǎn)化率在400 min內(nèi)從92%降低到22%。Tang Nian等[90]也提到了在SO2存在下,MnOx/TiO2催化劑上的催化活性降低,而且在撤除SO2后,活性也不能恢復到初始水平,因為SO2能以硫酸鹽的形式永久占據(jù)Mn活性位。Chen Zhihang等[99]發(fā)現(xiàn)Cr摻雜MnOx催化劑的抗硫性和催化活性都能得到很大提高,因為催化劑中Cr與Mn之間存在的較高的氧化還原電位。Zhang Lei等[100]報道了MnxCo3-xO4催化劑顯示出較好的抗SO2能力,原因是催化劑表面存在大量的活性位、多級孔結(jié)構(gòu)以及Mn與Co之間較強的相互作用。苯多酸配體改性的Cr/Ce0.2Zr0.8O2也顯示出非常好的抗SO2毒化作用能力,盡管在改性Cr/Ce0.2Zr0.8O2催化劑表面SO2和NO存在競爭吸附,降低NO氧化能力,但催化劑的比表面積較大,在很多活性位被硫酸鹽占據(jù)后依然能夠吸附足夠的NO。Pt/TiO2是很重要的一種NO氧化催化劑,主要是因為其有很好的SO2氧化抑制作用。Li Landong等[88]報道了光沉積方法合成的Pt/TiO2催化劑在SO2存在下,表現(xiàn)出卓越的NO氧化的活性,不引入SO2時,NO轉(zhuǎn)化率在反應溫度為250℃時,達到最高為94%,引入SO2時,NO轉(zhuǎn)化率在反應溫度為350℃時達到最高為75%,盡管如此,存在SO2時,Pt/TiO2上NO氧化的活性依然很高。Dawody J等[32]研究了在金屬氧化物改性的Pt/Al2O3上,NO和SO2同時進行氧化反應,引入MoO3的催化劑上SO2的影響作用較小,此時SO2氧化活性最低。
在過去的幾十年間,研究合適的NO氧化催化劑得到廣泛關(guān)注,本文主要總結(jié)了4種類型的催化劑,包括負載型,多元金屬氧化物,鈣鈦礦型以及碳基催化劑。到目前為止,貴金屬催化劑,尤其是Pt催化劑是典型的NO氧化催化劑,表現(xiàn)出卓越的催化性能。金屬氧化物催化劑得到越來越多的關(guān)注,由于其低成本,高催化活性和穩(wěn)定性。通過摻雜其它金屬氧化物來對貴金屬或金屬氧化物催化劑進行改性被證實可以提高催化活性,可歸因為協(xié)同作用。碳基催化劑可用于常溫下NO的氧化。另外,不同催化劑上NO氧化的反應機理主要遵循E-R機理或L-H機理,或者這兩者機理的結(jié)合。
盡管NO氧化已研究出較多的催化劑,但是仍然需繼續(xù)研究獲得更高活性的催化劑,并且通過摻雜其它合適的金屬氧化物能提高催化活性的機理需更深入的研究。分子篩催化劑由于其較大的比表面積,大量的酸中心,以及卓越的吸附性能,顯示出較高的催化活性,而應用于NO氧化報道的文獻相對較少,在未來應該對于這類催化劑進行更深入的研究。