石大要闻

当前位置: 首页 > 石大要闻 > 正文

绿色能源化工团队在选择性催化还原脱硝技术研究方面

取得系列进展

发布时间:2020-07-07 23:02:06点击数:字号:
分享到:
我要评论 0
审核人 蒋大森

【本站讯】近日,绿色能源化工团队在选择性催化还原脱硝技术(NH3-SCR)研究方面取得系列进展,研究成果分别发表在ACS Catalysis、Applied Catalysis B: Environmental和Chemical Engineering Journal三个催化类和工程技术类权威期刊上。成果第一作者均为绿色能源化工研究团队博士研究生刘智,共同通讯作者为柳云骐教授和潘原副教授,中国石油大学(华东)为第一署名单位和唯一通讯单位。该系列成果得到国家自然科学基金、中央高校基本科研基金和泰山学者项目资助。

大气污染物NOx的排放控制问题日益受到世界各国关注。氨气选择性催化还原(NH3-SCR)脱硝是最高效、成熟的脱硝技术。然而,传统的钒钨钛催化剂活性温度窗口较高(300~400℃),使得脱硝装置置于除尘和脱硫装置之前,进而导致催化剂活性组分易因高空速粉尘冲刷而流失,硫酸铵盐堵塞下游管线,且不适用于低温烟气(如钢厂烧结烟气)脱硝。因此,开发高效的低温(<200℃)NH3-SCR催化剂具有重要意义。相比于传统NH3-SCR催化剂,低温NH3-SCR催化剂较差的抗SO2中毒性能和N2选择性限制了其工业应用,且低温NH3-SCR催化剂本征活性较低,难以适用高空速要求。鉴于此,团队从反应机理出发,深入研究了锰基催化剂低温NH3-SCR反应机理,并在此基础上设计合成了具有优异抗SO2中毒性能、N2选择性以及高本征活性的锰基低温NH3-SCR催化剂,为低温NH3-SCR催化剂的设计合成以及低温NH3-SCR技术的应用提供了理论支撑。

题目为《MnOx/TiO2催化剂上NO2生成路径及NO2在低温下快速SCR脱硝反应中的作用机理研究》(Study on the NO2production pathways and the role of NO2in fast selective catalytic reduction DeNOxat low-temperature over MnOx/TiO2catalyst)的研究论文发表在化工领域权威期刊Chemical Engineering Journal上(Chemical Engineering Journal2020, 379, 122288)。研究人员发现低温NH3-SCR反应(NH3+NO+O2→N2+H2O)是NO氧化反应(NO+O2→NO2)与“快速SCR”反应(NH3+NO+NO2→N2+H2O)耦合的结果,NO氧化反应是整个低温NH3-SCR过程的控速反应。结合原位红外和密度泛函理论计算等手段,发现了一种新型二齿硝酸盐中间产物(*MnO2NO2),并提出了完整的NO催化氧化路径。该工作为后续高效低温NH3-SCR催化剂的设计合成提供了重要思路及理论基础。

题目为《Feoct−O−Mntet位点高度暴露的Fe掺杂Mn3O4尖晶石纳米颗粒催化剂低温下高效选择性催化还原氮氧化物》(Fe-doped Mn3O4spinel nanoparticles with highly exposed Feoct−O−Mntetsites for efficient selective catalytic reduction (SCR) of NO with ammonia at low temperatures)的研究论文发表在催化领域权威期刊ACS Catalysis上(ACS Catalysis, 2020, 10, 6803–6809)。基于前文对低温NH3-SCR反应机理的研究,NO氧化反应是低温NH3-SCR过程的关键,而氧缺位在金属氧化物表面氧化反应中起到关键作用。鉴于此,本工作旨在采用变价金属Fe对Mn3O4尖晶石结构精准、均匀掺杂,进而调控材料Mn-O键强度及缺位生成能。传统制备方法(如:浸渍法、共沉淀法)无法实现Fe–Mn复合氧化物材料的精准控制合成,难以对催化点位和催化活性进行构效关联,进而导致对本征活性位点认识不足。本工作以Fe–Mn双金属有机框架化合物为前驱物,精准合成了系列Fe/Mn摩尔比可调的、小尺寸的、组分和形貌均一的Fe–Mn尖晶石催化剂(FexMn3-xO4NPs)。Fe0.35Mn2.65O4NPs催化剂能在180℃、400000 h-1下达到90% NO脱除率。基于对材料的精准控制合成以及同步辐射X射线吸收光谱对材料的结构精细解析,建立了Fe–Mn尖晶石材料表面活性位点与NH3-SCR活性之间的构效关系,揭示了具有高本征活性的Feoct–O–Mntet活性位点。同时,结合理论研究发现催化剂表面氧缺位的生成是NO氧化反应的控速基元反应。Feoct–O–Mntet位点具有最低的氧缺位生成能,这是其高本征活性的根本原因。该工作对低温NH3-SCR活性点位有了新的认识,并对高效低温NH3-SCR催化剂的设计合成具有重要指导意义。

题目为《设计合成自组装多孔Mn3O4@石墨碳纳米蒲公英催化剂:一种具有显著抗SO2中毒性能的低温NH3-SCR催化剂》(Design of assembled composite of Mn3O4@Graphitic carbon porous nanodandelions: A catalyst for Low–temperature selective catalytic reduction of NOxwith remarkable SO2resistance)的研究论文发表在催化领域权威期刊Applied Catalysis B: Environmental上(Applied Catalysis B: Environmental, 2020, 269, 118731)。抗SO2中毒性能是抑制锰基催化剂工业化应用的瓶颈。在对锰基催化反应机理充分认识的基础下,该工作以锰基金属有机框架化合物为前驱物,通过“限域-热解-氧化”策略,设计合成了新型石墨碳改性的Mn3O4纳米颗粒催化剂。该催化剂表现出较高的脱硝活性(在160℃、100 000 h-1下能达到90%以上NO转化率)及显著提高的抗SO2中毒性能。结合同步辐射X射线吸收光谱及理论计算,揭示了石墨碳在提高催化剂抗SO2中毒性能中的积极作用:电子可以由石墨碳向Mn3O4纳米颗粒转移,进而精准调节Mn3O4的电荷性质及氧化性,Mn3O4纳米颗粒适宜的氧化性能够避免SO2氧化为SO3,进而抑制NH4HSO4生成、提高催化剂抗SO2中毒性能。该工作为设计合成具有高效抗SO2中毒性能的低温NH3-SCR催化剂提供了新的思路。

绿色能源化工团队长期致力于能源资源高效催化转化过程研究,在化石能源催化加氢转化、新能源氢能制取和利用、环境催化转化(脱硝、脱氯、VOCs)、生物质催化转化等领域取得了一系列基础与应用研究成果。近5年团队承担国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、山东省自然科学基金重大基础研究项目、国家自然科学基金面上项目、中国石油重大专项、中国海油科技专项、泰山学者人才项目等各类课题30余项,授权国家发明专利40余项,发表SCI学术论文100余篇。获中国石油科技进步一等奖、山东省研究生科技创新成果奖。培养的研究生获得中国青少年科技创新奖、山东省优秀博士学位论文、中国石油大学优秀博士学位论文、中国石油大学“学术十杰”以及研究生国家奖学金等多项荣誉称号。

相关链接:

1.https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122288

2.https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01284

3.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.118731


【 作者:潘原 淡天俊 单宝来 来自:化学工程学院 科技处  责任编辑:姜洪明 审核:蒋大森】

关闭

请遵守《互联网电子公告服务管理规定》及中华人民共和国其他有关法律法规。
用户需对自己在使用本站服务过程中的行为承担法律责任。
本站管理员有权保留或删除评论内容。
评论内容只代表网友个人观点,与本网站立场无关。
 匿名发布 验证码 看不清楚,换张图片
0条评论    共1页   当前第1

联系方式

联系电话:(0532)86983218

网站维护:中国石油大学(华东)创造太阳网学生工作室

地址:青岛市黄岛区长江西路66号 邮编:266580

山东省东营市东营区北一路739号 邮编:257061

鲁ICP备05021531号