表面物理化学性质对不同晶型MnO2的NH3-SCR活性影响(英文)

作者：公丕军; 谢峻林; 方德; 韩达; 何峰; 李凤祥; 齐凯

来源：催化学报, 2017, 38(11): 1925-1934.

• MnO2
• 晶体结构
• 表面活性氧
• 选择催化还原
• 物理化学性质

氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一,给环境和人类健康带来巨大危害.NH3选择性催化还原(NH3-SCR)技术是处理氮氧化物最有效的方法之一,现已被广泛用于氮氧化物的处理,其中SCR催化剂是该技术的核心.锰基催化剂具有相对较好的低温催化活性,而其中MnO2的催化活性最为突出.二氧化锰可以形成多种晶型,如α,β,δ和γ.晶相结构可显著影响催化活性,不同晶型的MnO2具有不同的催化性能,其在电化学催化和CO催化方面已经得到广泛应用和研究.然而对于不同晶型MnO2的NH3低温选择催化还原NOx的催化活性和催化机理的研究特别少.α-,β-,γ-和δ-MnO2具有不同的晶型尺寸,并在气体吸附、气体扩散和催化反应过程中表现出较大差异.因此,有必要揭示不同MnO2晶型表面物理化学性质与SCR催化活性之间的关系.本文成功制备出四种不同晶型的纳米MnO2(α,β,δ和γ型)催化剂,并测试了其NH3低温选择催化活性.此外,对催化剂进行了XRD,SEM,Raman,TG,BET,NH3-TPD,XPS和H2-TPR等一系列测试表征,探究了导致不同晶型MnO2的NH3催化还原NOx差异的主要原因.结果表明,四种不同晶型纳米MnO2的NH3-SCR催化活性顺序为γ-MnO2>α-MnO2>δ-MnO2>β-MnO2.γ-MnO2和α-MnO2上的NOx转化率在140–200°C范围内可达90%以上,但β-MnO2在200°C只有40%的NOx转化率.分析表明,γ-MnO2和α-MnO2的纳米线形貌具有较好的分散性,导致它们的比表面积较高,这为活性位点提供了更多的分散空间,有利于活性气体分子的吸附和催化过程的进行.H2-TPR和NH3-TPD结果显示,γ-MnO2和α-MnO2比其他两种晶型的MnO2催化剂具有较好的可还原性和更多更强的酸性位点.XPS分析结果表明,在γ-MnO2和α-MnO2表面存在更多的化学吸附氧.基于上述这些有利的物理化学性质,γ-MnO2和α-MnO2催化剂显示出较好的低温NH3-SCR活性.尽管δ-MnO2的比表面积较小,但是NH3-TPD结果显示其层状形貌的纳米晶体表面分散有较多的酸性位点,从而有效提升了其催化效果,同时其较好的氧化还原性能也有助于催化性能的改善.

• 单位
  武汉理工大学; 硅酸盐建筑材料国家重点实验室