在使用乙烯的情況下，研究了在小于或等于200°C的溫度下選擇性催化還原氮氧化物的方法。作為負(fù)載在活性炭上的鐵和錳的還原劑和混合氧化物，將它們的活性與分別負(fù)載在活性炭上的錳氧化物和鐵氧化物的活性進(jìn)行了比較。然后使用本體和表面敏感技術(shù)對(duì)新鮮制備和經(jīng)過(guò)反應(yīng)測(cè)試的催化劑進(jìn)行分析，以確定與它們的活性和失活有關(guān)的結(jié)構(gòu)和化學(xué)方面。

　　臺(tái)架規(guī)模的催化活性測(cè)試

　　催化測(cè)試的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。將每種活性炭樣品放入固定床石英管反應(yīng)器中，該反應(yīng)器由溫控爐外部加熱。氣體流速通過(guò)質(zhì)量流控制器控制，與模擬氣體混合物調(diào)節(jié)至500ppm NO，500ppm的乙烯，3.0%(體積)Ò 2和N 2為平衡流量，總流量為1500 ml/min。在每個(gè)測(cè)試的催化劑溫度達(dá)到穩(wěn)定的設(shè)定點(diǎn)之后，將氣體混合物注入反應(yīng)器中。進(jìn)出氣中NO和NO X的濃度用煙氣分析儀分析。下標(biāo)的進(jìn)和出分別指示入口和出口的濃度。

　　圖1：工作臺(tái)規(guī)模的示意圖。

　　催化性能

　　使用活性炭載錳氧化物催化劑時(shí)，不同溫度下NO轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。它用于提供可以與以前發(fā)布的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的基線(xiàn)數(shù)據(jù)。在所有溫度(150°C，180°C和200°C)的前20分鐘內(nèi)，幾乎有100%的NO轉(zhuǎn)化發(fā)生，但在此初始階段后NO轉(zhuǎn)化迅速下降，并且在2小時(shí)的測(cè)試后，轉(zhuǎn)化率不足20%�；钚缘臏囟纫缽男砸来螢�150°C>180°C>200°C。

　　圖2：使用乙烯還原劑的活性炭載錳氧化物的催化性能。

　　活性炭載鐵氧化物在150°C下的NO轉(zhuǎn)換測(cè)試數(shù)據(jù)如圖3所示。與圖2中的活性炭載錳氧化物數(shù)據(jù)相似，NO轉(zhuǎn)化在15–20分鐘后急劇下降。經(jīng)過(guò)約80分鐘的測(cè)試，它的水平接近20%，類(lèi)似于活性炭載錳氧化物的數(shù)據(jù)。鐵的濃度對(duì)總的NO轉(zhuǎn)化率沒(méi)有顯著影響�？傊�，在活性炭上，錳氧化物或鐵氧化物的單金屬氧化物最初具有較高的NO轉(zhuǎn)化率，然后從反應(yīng)測(cè)試開(kāi)始僅15–20分鐘后，其活性迅速下降。

　　圖3：使用乙烯作為還原劑的活性炭載鐵氧化物的催化性能。

　　活性成分分散

　　通過(guò)SEM和SEM-EDS研究了催化劑的表面形態(tài)，以檢查錳氧化物和鐵氧化物種類(lèi)的分散變化是否與快速轉(zhuǎn)化率下降或維持有關(guān)。經(jīng)HNO 3處理的活性炭(即不含金屬氧化物的活性炭)以及新鮮制備的活性炭載鐵錳氧化物的SEM圖像(圖4)顯示，由于摻入了Fe和Mn氧化物，多孔結(jié)構(gòu)易見(jiàn)且無(wú)明顯變化�；钚蕴亢秃�金屬氧化物的催化劑的表面積和孔體積彼此非常相似，保持多孔結(jié)構(gòu)對(duì)于分散活性物質(zhì)或保持有效的途徑以使反應(yīng)物和產(chǎn)物進(jìn)出活性位點(diǎn)可能是有益的。但是，單金屬活性炭載錳氧化物的表面積和孔隙率在反應(yīng)測(cè)試前后也沒(méi)有顯著變化，盡管在測(cè)試15-20分鐘后其N(xiāo)O轉(zhuǎn)化活性迅速下降。因此，催化劑的表面積和孔隙率不能控制這些催化劑的NO轉(zhuǎn)化率，這與先前的研究一致，即負(fù)載型錳氧化物催化劑的表面積并不是反應(yīng)過(guò)程中催化活性變化的主要原因。

　　圖4：活性炭和新鮮的活性炭載鐵錳氧化物的SEM圖像。

　　活性炭?jī)?nèi)鐵和錳氧化物之間的相互作用

　　來(lái)自活性炭載鐵錳氧化物的XRD數(shù)據(jù)顯示在圖5中，其中已鑒定出主要峰。在2θ=24°和2θ=43°處的寬峰(標(biāo)記為A)與無(wú)定形碳的峰一致。它們的位置和寬度在新鮮和經(jīng)過(guò)測(cè)試的催化劑中都相同，這表明活性炭無(wú)定形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在新鮮催化劑和測(cè)試催化劑中，在2θ=33.5°，2θ=35.1°和2θ=54.3°處分別出現(xiàn)了另外三個(gè)峰(分別標(biāo)記為B，C和D)，并且位置或峰強(qiáng)度沒(méi)有明顯變化作為反應(yīng)測(cè)試的結(jié)果。2θ=33.5°(峰標(biāo)記為B)處的峰歸因于Fe 2 O 3 和在2θ=35.1°和54.3°的峰歸因于Fe 3 Mn 3 O 8，盡管在新鮮和測(cè)試的催化劑中這些與鐵有關(guān)的峰的強(qiáng)度和寬度相同，但是由于XRD峰較弱，因此很難確定在測(cè)試過(guò)程中鐵和錳的結(jié)晶度是否發(fā)生了變化。然而，結(jié)合的鐵氧化物與錳氧化物確實(shí)原因形成Fe 3的Mn 3 ö 8固體溶液，其可在的活性炭載鐵錳氧化物催化劑的NO轉(zhuǎn)化。

　　圖5： 反應(yīng)測(cè)試前后活性炭催化劑的XRD光譜。

　　研究表明使用浸漬在活性炭上的鐵和錳混合氧化物可以顯著提高催化活性和活性維持，以乙烯分解NO。與溫度低于200°C或200°C時(shí)負(fù)載在活性炭上的鐵氧化物和錳氧化物的單氧化物相比，它作為還原劑。通過(guò)表面和本體分析技術(shù)從制備的催化劑和經(jīng)過(guò)反應(yīng)測(cè)試的催化劑中獲取數(shù)據(jù)來(lái)尋找這些差異的原因。隨著鐵氧化物和錳氧化物濃度的增加，負(fù)載型單氧化物或混合金屬氧化物催化劑的總表面積，孔隙率和孔體積沒(méi)有變化，并且在制備和測(cè)試的催化劑之間沒(méi)有差異。XRD數(shù)據(jù)表明，鐵在混合金屬氧化物催化劑的合成過(guò)程中形成了Fe3 Mn 3 O 8，并且在反應(yīng)測(cè)試的活性炭混合金屬氧化物催化劑中也鑒定出該化合物。總體而言，該研究支持在低溫應(yīng)用中合成活性和穩(wěn)定的活性炭催化劑的潛力。

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