以锆铈固溶体为载体的金属氧化物催化剂对NO还原性能的研究*

2011-09-24曲风枫任益梅

化学工程师 2011年1期

关键词：固溶体负载量氧化物

曲风枫，任益梅，田英

（哈尔滨师范大学化学化工学院,黑龙江哈尔滨 150080）

科研与开发

以锆铈固溶体为载体的金属氧化物催化剂对NO还原性能的研究*

曲风枫，任益梅，田英

（哈尔滨师范大学化学化工学院,黑龙江哈尔滨 150080）

研究了负载于锆铈固溶体上的多种金属氧化物在富氧条件下，以丙烯为还原剂，选择性催化还原NO的性能，讨论了CeO2含量，金属氧化物负载量对催化剂性能的影响。结果表明，CeO2含量为25%，CuO负载量为5%时，催化剂的活性最好，350℃时NO转化率可达到64.8%。

锆铈固溶体；NO；选择性还原；氧化铜催化剂

Abstract:The catalytic activities of a series of metal oxides supported by CeO2-ZrO2solid solution for selective catalytic reduction(SCR)of NO with propene as a reductant in the condition of oxygen-rich were investigated.The relationship of catalytic activity with the content of CeO2and the load amount ofmetal oxides are investigated.The results showed that the best activity with the NO conversion is 64.8%at 350℃while CuO loading was 5%and the content of CeO2was 25%.

Key words:CeO2-ZrO2solid solution；NO；selective reduction；CuO catalyst

随着贫燃发动机和柴油机的广泛使用，NO的排放量明显增加，由此带来的大气污染已越来越引起人们的关注，如何有效的催化还原NO已成为净化空气质量的关键。近年来这方面的研究主要集中在分子筛催化剂和以Al2O3、ZrO2为载体的金属氧化物催化剂[1-3]上，而由于CeO2-ZrO2固溶体具有较佳的储氧能力和良好的热稳定性，用做汽车尾气净化催化剂载体，已引起人们的关注，逐渐成为该领域研究热点之一[4]。

本文以CeO2-ZrO2固溶体为载体，分别负载金属或金属氧化物催化剂，在固定床连续流动反应装置上评价了丙烯在富氧条件下选择性催化还原NO的性能。

1 实验部分

1.1 催化剂制备

采用共沉淀-回流-浸渍法制备催化剂。先将Zr（NO3）4·5H2O和Ce（NO3）3·6H2O按照一定比例溶于稀硝酸溶液中，用pH值大于10的稀NH3·H2O沉淀，再加入聚乙烯醇（质量浓度1%）回流120h，过滤洗涤，110℃烘干12h，空气气氛中500℃焙烧4h，得到ZrO2-CeO2载体。压片，过筛，筛选60～80目颗粒，分别用一定量金属氧化物的硝酸盐溶液浸泡24 h后，110℃烘干12h，400℃焙烧4 h。制得MO/CeO2-ZrO2-Al2O3催化剂。

1.2 催化剂活性评价

催化剂活性测试在固定床连续流动微型反应器中（d=8mm）进行。反应前将0.15～0.2g样品在550℃、Ar气氛中吹扫0.5h，然后降至室温，通入反应气。反应气组成为 0.4%NO，0.4%C3H6,1.5%O2，Ar为平衡气，各反应气的组分流量由质量流量计控制。反应空速为10000h-1。产物分析在日本导津GC-14C气相色谱仪上完成。以5A分子筛和Proapark Q双色谱柱测定N2，O2、CO、NO等气体，热导检测器检测 (柱温45℃)，电流 120mA。以 chromorsorb-104 柱测定 CO2、C3H6等气体，氢焰检测器检测。

2 结果与讨论

2.1 CeO2含量对CuO/CeO2-ZrO2催化性能的影响

表1给出了不同CeO2含量的CuO/CeO2-ZrO2催化剂上（CuO负载量5%）NO最大转化率与反应温度。

表1 CeO2含量对催化剂活性影响Tab.1 Effectof CeO2content to catalysts activity

从表1中可以看出，CeO2含量对催化剂活性有很大影响，当CeO2含量从10%增加到25%时，催化剂活性逐渐增大，CeO2含量为25%时催化剂的活性最好。继续增加CeO2含量，催化剂活性开始下降，说明适量的CeO2含量可提高催化剂对NO还原能力。

2.2 不同活性组分催化剂性能比较

在相同实验条件下，比较了 CuO、La2O3、CoO3、Ag、NiO等活性组分（负载量均为5%）对NO还原性能，结果见表2。

表2 不同活性组分催化剂对NO转化率Tab.2 Effectof differentcomponent catalysts ofactivity to NO fractional conversion

由表 2 可见，CuO/CeO2-ZrO2、La2O3/CeO2-ZrO2、CoO3/CeO2-ZrO2、Ag/CeO2-ZrO2、NiO/CeO2-ZrO25 个样品在整个测量温度范围内对NO的转化率均大于40%，其中CuO/CeO2-ZrO2催化剂活性最好，350℃时NO的转化率达到最高为64.8%,CoO3/CeO2-ZrO2催化剂活性次之，300℃时NO转化率达到60.8%，而NiO/CeO2-ZrO2催化剂最大转化率对应的反应温度最高，550℃时转化率为56.2%。

2.3 负载量对CuO/CeO2-ZrO2催化性能的影响

固定CeO2含量为25%，改变CuO的负载量（3%，5%，7%，9%）得到4个样品，结果列于表3。

表3 不同CuO负载量对NO转化率比较Tab.3 EffectofCuO capacity to NO fractional conversion

由表3可以看出，CuO负载量为5%的样品NO转化率最高，350℃时为64.8%，其他样品的转化率都低于此值。CuO负载量为3%的样品在300℃时有一转化率高点，转化率为48.5%，在500℃时又有第二个高点，转化率为49.2%（表中未列出）。由此可以得出这样的结论，CuO负载量低的样品最大转化率对应的反应温度也低，大约低50℃左右。实验结果还表明，所有样品在300～350℃达到第一个转化率高点后，随着温度增加，转化率都开始下降，但450℃以上，转化率又开始回升，CuO负载量为5%的样品在550℃达到第二个转化率高点，其他3个样品在500℃出现第二个高点，但除负载量为3%样品外，其他样品第二个转化率高点都低于第一个转化率高点。