孫敬方，蔡彥迪，余雅昕，安冬琦， 田笑叢，鄒偉欣*，董 林，，*

(1 南京大學(xué) 現(xiàn)代分析中心，江蘇省機(jī)動(dòng)車尾氣污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210093； 2 南京大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210093； 3 南京大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，教育部介觀化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210093； 4 南京大學(xué) 化學(xué)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，江蘇 南京 210093)

近年來，我國經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的高速發(fā)展導(dǎo)致對(duì)煤炭等化石能源的需求量逐年增加，該形勢(shì)下伴隨而生的是一系列如酸雨、霧霾等嚴(yán)重的環(huán)境問題[1]。氮氧化物(NOx)作為大氣環(huán)境污染的重要源頭之一，其排放來源可分為兩類：一類是固定污染源，主要包括電力、鋼鐵、水泥、玻璃窯爐等行業(yè)排放的工業(yè)煙氣；另一類是移動(dòng)污染源，主要為汽油車、柴油車、船舶等移動(dòng)交通運(yùn)輸工具的尾氣[2]。雖然自2013年《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(《大氣十條》) 發(fā)布和實(shí)施以來，我國在國家和地方層面采取了一系列大氣污染防治措施，使大氣環(huán)境污染問題得到了明顯改善，但不少地區(qū)和城市仍然面臨著空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的巨大壓力。此外，近年來臭氧問題的凸顯及“碳達(dá)峰、碳中和”要求的提出，也對(duì)我國大氣環(huán)境治理提出了更高要求。

《大氣十條》發(fā)布后，我國對(duì)燃煤電廠污染的治理取得了顯著成績，其氮氧化物排放量基本達(dá)到了國家規(guī)定的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。2019年4月，生態(tài)環(huán)境部等五部委又聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)大氣[2019]35號(hào))，以實(shí)現(xiàn)全流程、全過程環(huán)境管理為目標(biāo)，推動(dòng)實(shí)施鋼鐵行業(yè)的超低排放，這使得鋼鐵行業(yè)成為全國第二個(gè)實(shí)現(xiàn)超低排放的行業(yè)。可以預(yù)見的是，電力和鋼鐵行業(yè)的超低排放改造必將促進(jìn)相應(yīng)排放控制技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)非電行業(yè)氮氧化物處理技術(shù)的革新。NH3選擇性催化還原(NH3-SCR)技術(shù)作為燃煤電廠常用的煙氣脫硝技術(shù)，在非電行業(yè)中同樣具有廣闊的應(yīng)用空間[3-4]。但是，電力行業(yè)中使用的NH3-SCR商用催化劑V2O3-WO3(MoO3)/TiO2的反應(yīng)溫度窗口(300～400 ℃)與非電行業(yè)的煙氣溫度范圍(80～280 ℃)不匹配，傳統(tǒng)煙氣升溫使用催化劑又會(huì)帶來過高能耗，進(jìn)而限制了NH3-SCR技術(shù)在非電行業(yè)的應(yīng)用[5]。因此，亟需開發(fā)出適用于非電行業(yè)煙氣實(shí)際工況的(超)低溫NH3-SCR脫硝催化劑[6-7]。

在諸多金屬氧化物催化劑中，錳基催化劑由于具有豐富的表面活性氧物種和多變的金屬離子價(jià)態(tài)，在低溫NH3-SCR反應(yīng)中展現(xiàn)出巨大潛力[8]。但是，錳基催化劑存在高溫N2選擇性差、工作溫度窗口窄和易中毒(SO2和H2O、堿/堿土金屬、重金屬)等問題，限制了其工業(yè)化應(yīng)用[9]。通過改進(jìn)制備方法、元素?fù)诫s改性、完善預(yù)處理過程等方式提升錳基催化劑脫硝性能的研究一直備受關(guān)注[10-12]。

本研究擬利用Fe2O3和CeO2優(yōu)異的低溫性能及抗硫性能，設(shè)計(jì)合成FeMnCeOx催化劑，并比較不同制備方法(溶膠-凝膠法、共沉淀法)對(duì)FeMnCeOx(超)低溫NH3-SCR性能的影響，探究影響催化劑低溫活性的關(guān)鍵因素，以期為合成高效低溫抗硫型NH3-SCR催化劑提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 催化劑制備

1.1.1 溶膠-凝膠法

先取一定量的2 mol/L檸檬酸溶液于20 mL水中，再加入計(jì)算量的Mn(CH3COO)2·4H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Ce(NO3)3·6H2O，室溫下劇烈攪拌并在120 ℃條件下干燥過夜。將所得棕黑色樣品研磨均勻，置于500 ℃馬弗爐中焙燒3 h。

保證所有樣品中檸檬酸和金屬離子的物質(zhì)的量比為1，Ce的質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為12.5%。將n(Fe)∶n(Mn)=1∶1的樣品簡記為FeMnCeOx(S)，n(Fe)∶n(Mn)=2∶3的樣品簡記為Fe2Mn3CeOx(S)。

1.1.2 共沉淀法

準(zhǔn)確稱取一定量的Mn(CH3COO)2·4H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Ce(NO3)3·6H2O溶于20 mL水中，室溫下磁力攪拌2 h。在上述溶液中逐滴加入NH3·H2O，控制溶液的最終pH值為10。抽濾沉淀液體后得到塊狀固體，放入120 ℃烘箱中干燥過夜。將干燥樣品研磨均勻，并在空氣氣氛下500 ℃焙燒3 h，得到FeMnCeOx(C)催化劑。催化劑中Ce質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為12.5%，將n(Fe)∶n(Mn)=1∶1和2∶3的樣品分別簡記為FeMnCeOx(C)和Fe2Mn3CeOx(C)。

1.2 催化劑表征

1.2.1 XRD表征

樣品的XRD表征在X-衍射儀(X′pert Pro，Philips)上完成。儀器采用Cu靶Kα輻射(0.154 08 nm波長)和Ni濾波片，工作電流為40 mA，工作電壓為40 kV。

1.2.2 N2吸脫附實(shí)驗(yàn)

采用ASAP-2020物理吸附儀(Micromeritics)進(jìn)行N2吸脫附測(cè)試，表征樣品的比表面積、孔容和孔徑。

1.2.3 H2-程序升溫還原(H2-TPR)

H2-TPR在實(shí)驗(yàn)室自組裝的多功能化學(xué)吸脫附分析儀上完成，儀器采用TCD檢測(cè)器。稱取10 mg催化劑樣品置于U型管中，N2氣氛下200 ℃吹掃30 min，降至室溫后切換成體積分?jǐn)?shù)7%的H2/Ar混合氣體，以10 ℃/min的升溫速率由室溫程序升溫至850 ℃，同時(shí)收集數(shù)據(jù)。

1.2.4 NH3-程序升溫脫附(NH3-TPD)

NH3-TPD在實(shí)驗(yàn)室自組裝的多功能化學(xué)吸脫附分析儀上完成。稱取50 mg樣品置于U型管中，在300 ℃、He氣氛中吹掃60 min(10 mL/min)；降至室溫后切換成NH3直至吸附飽和；再次用He氣吹掃30 min，去除物理吸附的NH3物種；最后在He氣氛中(10 mL/min)以10 ℃/min的升溫速率程序升溫至650 ℃。記錄NH3物種的脫附信號(hào)。

1.2.5 原位漫反射紅外實(shí)驗(yàn)(insituDRIFTS)

insituDRIFTS在配備有漫反射附件HARRICK的Nicolet 5700型原位傅里葉變換紅外光譜儀上進(jìn)行(ZnSe窗片)，儀器使用MCT檢測(cè)器，圖譜采用Kubelka-Munk函數(shù)進(jìn)行表達(dá)。實(shí)驗(yàn)過程中，待測(cè)樣品首先在400 ℃、純N2氣氛中吹掃30 min，降溫至120 ℃并采集背景信號(hào)；然后切換為NO+O2氣體直至吸附飽和，再在N2氣氛下(50 mL/min)吹掃30 min；最后切換為NH3氣體。采集隨時(shí)間變化的紅外圖譜，得到先通入NO+O2氣體后通入NH3氣體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

類似地，對(duì)于先通入NH3氣體后通入NO+O2氣體的實(shí)驗(yàn)，先通入NH3氣體直至吸附飽和，再用N2氣體吹掃，最后切換為NO+O2氣體。采集隨時(shí)間變化的紅外圖譜。

1.3 催化劑性能評(píng)價(jià)

催化劑樣品的活性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)在自搭建的固定床連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器上進(jìn)行。準(zhǔn)確稱取200 mg樣品(60～80目)至石英管中，在250 ℃、N2氣氛中吹掃30 min，降至室溫后切換成反應(yīng)氣氛直至吸附飽和。反應(yīng)氣體中NH3、NO和O2的體積分?jǐn)?shù)分別為0.05%、0.05%和5%，平衡氣為Ar氣，反應(yīng)空速為60 000 mL/(g·h)。隨后以10 ℃/min的升溫速率升溫至設(shè)定溫度，反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。得到的產(chǎn)物使用在線Nicolet IS10 型色譜進(jìn)行檢測(cè)分析，催化劑的NO轉(zhuǎn)化率采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中[NO]in和[NO]out分別代表NO氣體的入口濃度和出口濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑的性能評(píng)價(jià)

2.1.1 催化劑的脫硝性能

圖1為采用2種制備方法制備的FeMnCeOx催化劑樣品的NO轉(zhuǎn)化率。可以看出，無論采用何種Fe/Mn配比，溶膠-凝膠法制備的錳基催化劑樣品的催化活性都明顯高于共沉淀法制備的催化劑樣品。Fe2Mn3CeOx(S)和FeMnCeOx(S)均可在80 ℃時(shí)達(dá)到90%的NO轉(zhuǎn)化率，并在80～150 ℃溫度區(qū)間內(nèi)維持穩(wěn)定。此前汪楷迪等[13]所報(bào)道的Fe2Mn2Ce6Ox-WO3/TiO2催化劑在130 ℃時(shí)的NO脫硝率僅為43.9%；其在使用NiO和CuO共同改性Fe2Mn2Ce6Ox-WO3/TiO2后，改性催化劑在相同條件下的脫硝率僅提升至73.9%。這充分說明本研究所制備的催化劑在脫硝性能方面具有優(yōu)越性。與此同時(shí)，無論采用溶膠-凝膠法還是共沉淀法，F(xiàn)e/Mn配比為2∶3樣品的催化活性均優(yōu)于配比為1∶1的樣品。因此，本研究后續(xù)選取Fe/Mn配比為2∶3的樣品系統(tǒng)考察不同方法所制備催化劑活性存在差異的主要原因。

圖1 催化劑樣品的NO轉(zhuǎn)化率Fig.1 NO conversion rates of the catalyst samples

2.1.2 催化劑的抗硫性能

在實(shí)際工況反應(yīng)中，雖然會(huì)采取除塵、脫硫等工藝對(duì)煙氣進(jìn)行前處理，但在脫硝反應(yīng)的煙氣中仍不可避免會(huì)有少量SO2殘存，而殘存的SO2對(duì)催化劑具有毒害作用。對(duì)于錳基催化劑而言，抗硫性能是直接影響其催化性能的關(guān)鍵因素?；诖?，本研究考察了不同制備方法對(duì)催化劑樣品抗硫性能的影響。由圖2可知，在150 ℃的反應(yīng)條件下，向反應(yīng)氣氛中通入體積分?jǐn)?shù)為0.01%的SO2后，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)和Fe2Mn3CeOx(C)的NO轉(zhuǎn)化率具有明顯差異。Fe2Mn3CeOx(S)催化劑在通入SO2后催化性能沒有發(fā)生顯著變化，仍可在反應(yīng)11 h時(shí)保持95%以上的NO轉(zhuǎn)化率。但Fe2Mn3CeOx(C)催化劑的NO轉(zhuǎn)化率受SO2氣氛影響較大，具體表現(xiàn)為在通入SO2約3 h后，該催化劑的催化活性開始持續(xù)下降，其在抗硫10 h時(shí)的NO轉(zhuǎn)化率已下降至70%左右，11 h時(shí)更是跌落至50%左右。以上結(jié)果表明，采用溶膠-凝膠法制備的催化劑樣品不僅具有優(yōu)異的脫硝性能，而且具備良好的抗SO2性能。

圖2 150 ℃條件下Fe2Mn3CeOx(S)和Fe2Mn3CeOx(C) 的抗SO2中毒性能Fig.2 SO2 resistance of Fe2Mn3CeOx(S) and Fe2Mn3CeOx(C) at 150 ℃

2.2 XRD和BET分析

為探究2種方法所制備催化劑的脫硝反應(yīng)活性存在差異的根本原因，對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了XRD和BET表征。XRD表征結(jié)果揭示了2種催化劑的晶體結(jié)構(gòu)(圖3)，可以看出，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)催化劑主要表現(xiàn)出2種晶體結(jié)構(gòu)衍射峰，即Fe3Mn3O8的晶相衍射峰(PDF-ICDD 75-0034)和立方螢石結(jié)構(gòu)CeO2(PDF-ICDD 34-0394)的晶相衍射峰[14-15]。相比之下，F(xiàn)e2Mn3CeOx(C)催化劑的晶相衍射峰強(qiáng)度明顯減弱，僅能觀測(cè)到位于30°左右的寬包，其中隱約可以看出歸屬于Fe3Mn3O8和CeO2物種的晶相峰主峰。由此推測(cè)采用溶膠-凝膠法制備的催化劑樣品脫硝性能優(yōu)異的原因可能與其較好的晶相結(jié)構(gòu)有關(guān)。

圖3 Fe2Mn3CeOx(S)和Fe2Mn3CeOx(C)的XRD結(jié)果Fig.3 XRD profiles of Fe2Mn3CeOx(S) and Fe2Mn3CeOx(C)

對(duì)于多相催化反應(yīng)，特別是氣固相催化反應(yīng)，催化材料的比表面積和孔結(jié)構(gòu)會(huì)影響反應(yīng)物分子的吸脫附性質(zhì)及其與催化劑表面的接觸，進(jìn)而影響催化活性。為深入探究織構(gòu)性質(zhì)對(duì)催化劑活性的影響規(guī)律，對(duì)2種方法制備的錳基催化劑樣品進(jìn)行了N2吸脫附和孔徑分布分析，結(jié)果如圖4所示。由圖4a可以看出，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)和Fe2Mn3CeOx(C)樣品都表現(xiàn)出典型的Ⅳ型N2吸脫附等溫線，這意味著2種催化劑的孔結(jié)構(gòu)均為介孔結(jié)構(gòu)[16]。由圖4b可以看出，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)樣品的孔徑分布更為均勻，主要集中在約5 nm；而Fe2Mn3CeOx(C)樣品的孔徑分布較為分散，孔徑尺寸明顯增大，在8～12 nm都有分布。

V代表孔體積，D代表孔徑。圖4 Fe2Mn3CeOx(S)和Fe2Mn3CeOx(C)的N2吸脫附等溫線(a)及孔徑分布(b)Fig.4 N2 adsorption-desorption isotherms (a) and pore size distributions (b) of Fe2Mn3CeOx(S) and Fe2Mn3CeOx(C)

2種催化材料的比表面積、孔容和平均孔徑在表1中列出?？梢钥吹剑現(xiàn)e2Mn3CeOx(S)的3項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)均明顯低于Fe2Mn3CeOx(C)。這可能是因?yàn)椴捎萌苣z-凝膠法制備的催化劑樣品孔道容易收縮和塌陷，致使催化劑的比表面積和孔容變小[17]。由于Fe2Mn3CeOx(S)樣品的NO轉(zhuǎn)化率明顯高于Fe2Mn3CeOx(C)樣品，推測(cè)催化劑的織構(gòu)性質(zhì)不是造成其脫硝性能差異的關(guān)鍵原因。

表1 Fe2Mn3CeOx(S)和Fe2Mn3CeOx(C)的結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Structural parameters of Fe2Mn3CeOx(S) and Fe2Mn3CeOx(C)

2.3 氧化還原性能(H2-TPR)

在NH3-SCR反應(yīng)中，適宜的氧化還原性能對(duì)反應(yīng)物分子的活化至關(guān)重要。為評(píng)價(jià)2種方法所制備催化劑的氧化還原能力，對(duì)樣品進(jìn)行了H2-TPR測(cè)試，結(jié)果如圖5所示。溶膠-凝膠法制備的Fe2Mn3CeOx(S)樣品出現(xiàn)有3個(gè)明顯的氧化還原峰，分別位于287 ℃、445 ℃和740 ℃附近。其中，位于287 ℃附近的還原峰歸屬于鐵物種Fe2O3到Fe3O4的還原；位于445 ℃左右的寬包歸屬于Mn3O4到MnO的還原及Fe3O4到FeO的還原[18]；位于740 ℃的還原峰主要?dú)w屬于催化劑中CeO2物種的還原[19]。

圖5 催化劑樣品的H2-TPR結(jié)果Fig.5 H2-TPR profiles of the catalyst samples

與Fe2Mn3CeOx(S)相比，F(xiàn)e2Mn3CeOx(C)的還原峰位置顯著向高溫方向偏移，同時(shí)位于200 ℃左右的還原峰強(qiáng)度大幅減弱，只出現(xiàn)了位于395 ℃和628 ℃左右的2個(gè)還原峰，說明該催化劑的氧化還原能力較Fe2Mn3CeOx(S)明顯減弱。一般而言，催化劑的氧化還原性能直接影響NH3-SCR反應(yīng)物分子NO的活化，特別是在低溫階段，因此溶膠-凝膠法制備的Fe2Mn3CeOx(S)催化劑具有較好的低溫氧化還原能力可能是其表現(xiàn)出較高脫硝反應(yīng)活性的重要原因。

2.4 表面酸性(NH3-TPD)

在NH3-TPD檢測(cè)中，催化劑的NH3吸附能力被直觀地表現(xiàn)為催化劑表面酸性位點(diǎn)NH3分子吸附隨溫度的變化情況[20]，結(jié)果如圖6所示。可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)樣品在450 ℃左右出現(xiàn)有1個(gè)較大的脫附峰；相比之下，F(xiàn)e2Mn3CeOx(C)樣品的脫附峰強(qiáng)度明顯減弱，只在250 ℃和580 ℃附近出現(xiàn)有2個(gè)微弱的小峰。結(jié)果表明，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)樣品的表面酸量明顯高于Fe2Mn3CeOx(C)樣品，該結(jié)果與催化劑的NO轉(zhuǎn)化率結(jié)果一致。

圖6 催化劑樣品的NH3-TPD結(jié)果Fig.6 NH3-TPD profiles of the catalyst samples

2.5 表面元素分析(XPS)

利用XPS對(duì)不同制備方法所得催化劑的表面元素化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行表征，結(jié)果如圖7所示。圖7a中的Fe 2p圖譜可以觀察到Fe 2p3/2(710.0～711.0 eV)和Fe 2p1/2(723.5～724.5 eV)2個(gè)信號(hào)峰[21]。圖7b中有2個(gè)Mn 2p信號(hào)峰分別歸屬于Mn4+(642.9 eV)和Mn3+(641.8 eV)。由此可以看出，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)催化劑表面具有更高M(jìn)n4+/Mnn+比，而Mn4+在低溫SCR反應(yīng)中能夠促進(jìn)NO轉(zhuǎn)化為NO2，所以含有更高M(jìn)n4+/Mnn+比的Fe2Mn3CeOx(S)催化劑的低溫SCR活性更佳[22]。圖7c中的Ce 3d圖譜顯示Fe2Mn3CeOx(S)催化劑的Ce3+含量高于Fe2Mn3CeOx(C)催化劑，而有研究表明催化劑中Ce3+含量較高有利于NH3-SCR催化性能的提升[23]。圖7d中的O 1s圖譜顯示Fe2Mn3CeOx(S)催化劑含有更多的表面活性氧Oα。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，表面活性氧Oα比晶格氧Oβ具有更強(qiáng)的流動(dòng)性和氧化能力，在SCR反應(yīng)中扮演著重要角色，更有利于反應(yīng)進(jìn)行[24]。由此可知，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)更多的表面活性氧含量也是其具有較好低溫脫硝性能的促進(jìn)因素。

圖7 催化劑樣品的XPS譜圖Fig.7 XPS spectra of the catalyst samples

2.6 反應(yīng)機(jī)理(in situ DRIFTS)

為揭示Fe2Mn3CeOx(S)和Fe2Mn3CeOx(C)催化劑的NH3-SCR反應(yīng)路徑，通過原位紅外實(shí)驗(yàn)探究了其反應(yīng)機(jī)理(圖8)。

圖8 Fe2Mn3CeOx(S)與Fe2Mn3CeOx(C)的原位紅外光譜Fig.8 In situ DRIFTS spectra of Fe2Mn3CeOx(S) and Fe2Mn3CeOx(C)

首先將Fe2Mn3CeOx(S)暴露在120 ℃、NH3氣氛中直至吸附飽和，隨后通入NO+O2氣體，隨著時(shí)間的遷移觀察催化劑表面的變化(圖8a)。當(dāng)NH3吸附飽和后，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)出現(xiàn)了在1 173、1 196、1 275 cm-1處吸附在L酸位點(diǎn)的NH3信號(hào)峰以及1 445 cm-1處吸附在B酸位點(diǎn)的NH3信號(hào)峰[25-26]。隨后再通入NO+O2氣體，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)表面吸附的NH3信號(hào)峰逐漸消失，并出現(xiàn)了1 567、1 243 cm-1處的雙齒硝酸鹽信號(hào)峰、1 275 cm-1處的單齒硝酸鹽信號(hào)峰以及1 616 cm-1處的橋式硝酸鹽信號(hào)峰[27-28]，證明吸附在Fe2Mn3CeOx(S)表面的NH3可以與氣態(tài)的NO+O2發(fā)生反應(yīng)。對(duì)Fe2Mn3CeOx(S)進(jìn)行先NO+O2吸附飽和后通入NH3的實(shí)驗(yàn)(圖8b)，發(fā)現(xiàn)催化劑表面吸附的硝酸鹽物種在通入NH3后沒有明顯變化，說明吸附的硝酸鹽物種不與氣態(tài)的NH3發(fā)生反應(yīng)。

由圖8c、8d可以看出，F(xiàn)e2Mn3CeOx(C)催化劑的NH3-SCR反應(yīng)路徑與Fe2Mn3CeOx(S)催化劑相似。但根據(jù)各氣體分子信號(hào)峰的出現(xiàn)及消失速度可知，F(xiàn)e2Mn3CeOx(C)催化劑表面的反應(yīng)過程進(jìn)行較慢，這可能是其催化活性低于Fe2Mn3CeOx(S)催化劑的原因。

綜上所述，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)和Fe2Mn3CeOx(C)催化劑表面的NH3-SCR反應(yīng)是通過Eley-Rideal(E-R)機(jī)理進(jìn)行的。對(duì)于典型的E-R反應(yīng)機(jī)理，NH3首先吸附在L酸位點(diǎn)上生成-NH2等中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物繼而與氣相NO/NO2反應(yīng)生成N2和H2O。具體反應(yīng)過程如下：

NH3+*→NH2-*+H，

(1)

NH2-*+NO→N2+H2O。

(2)

Fe2Mn3CeOx(S)催化劑的表面酸性強(qiáng)，可以獲得更多的NH3吸附量，進(jìn)而明顯促進(jìn)上式的進(jìn)行，因此具有更高的NO轉(zhuǎn)化率。

3 結(jié)語

通過溶膠-凝膠法和共沉淀法制備了FeMnCeOx催化劑，考察了不同制備方法對(duì)催化劑低溫脫硝性能的影響，并通過織構(gòu)性質(zhì)、氧化還原性、表面酸性及表面物種化學(xué)態(tài)表征探究了催化劑的具體反應(yīng)機(jī)制。相比于共沉淀法制備的FeMnCeOx(C)，采用溶膠-凝膠法制得的FeMnCeOx(S)催化劑表現(xiàn)出更優(yōu)異的催化性能，其在80～150 ℃溫度范圍內(nèi)獲得了超過90%的NO轉(zhuǎn)化率，且在120 ℃、體積分?jǐn)?shù)為0.01%的SO2氣氛中活性穩(wěn)定，耐硫性能良好。理化特性表征結(jié)果表明，F(xiàn)e2Mn3CeOx(S)具有更佳的氧化還原性能、更強(qiáng)的表面酸性及更豐富的利于低溫SCR反應(yīng)的表面物種，有利于反應(yīng)物分子的吸附活化；Fe2Mn3CeOx(S)的NH3-SCR反應(yīng)遵循E-R反應(yīng)機(jī)理，催化劑表面吸附的NH3越多越有利于反應(yīng)發(fā)生。