浅谈锰基催化剂在NOx处理中的研究现状

浅谈锰基催化剂在NOx处理中的研究现状

高杰

（四川大学建筑与环境学院，四川成都610065）

摘要：阐述了三种不同类型的锰基催化剂在选择性催化还原脱硝中的研究情况，包括了纯锰氧化物催化剂，复合型锰基催化剂和负载型锰基催化剂。

关键词：锰基催化剂；选择性催化还原

前言

在燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx）是主要的空气污染物之一［1,2］。当前，减少NOx的排放可以从燃烧中控制和后燃处理两方面入手。在后燃处理技术中，用NH3作为还原剂的选择性催化还原（SCR）是最有效的方法。目前，由WO3或MoO3改性的TiO2负载的V2O5是工业上普遍的SCR催化剂［3］。该催化剂的最佳工作温度范围是300-400℃。但为了满足这样的操作温度，催化剂必须安装在脱硫装置的上游［4,5］。但由于这样的安装方式，催化剂很容易因为颗粒在催化剂表面积聚以及生成硫酸盐而失活。目前,制作出低温下具有高活性的催化剂是当务之急。

在过渡金属氧化物催化剂中的锰基催化剂，例如纯MnOx，或者MnOx-CeO2，MnOx-FeOx以及MnOx负载在各种载体上的催化剂等，相比较其他过渡金属而言具有更为出色的低温SCR活性。

1.锰基催化剂研究现状

1.1纯锰氧化物催化剂

Mn是多价元素，它能形成几种稳定的氧化物。在作为催化剂的情况下使用时，其结晶度，比表面积，以及Mn的价态等都对其具有较大的影响［6］。

Kang［7］等人利用碳酸钠作沉淀剂，利用沉淀法制备了MnOx催化剂。该催化剂在75-200℃的温度范围内表现出优异的催化活性。Tang［8］等人通过三种方法制备了无定形MnOx催化剂。结果表明，在80℃时NOx转化率约为98％，在100-150℃下NOx转化率接近100％。非晶态MnOx催化剂的优异低温催化活性主要是由于它们的非晶相和高比表面积。但由于纯的MnOx基本不具备抗SO2和抗H2O性能，因而难以工业化应用。

1.2复合型锰基催化剂

与纯MnOx相比，掺杂了其他金属元素而制成的复合型金属氧化物催化剂脱硝活性更强。

Liu［9］等采用表面活性剂-模板（ST）法制备了一系列Mn/Ce摩尔比不同的MnOx-CeOx复合氧化物催化剂。该催化剂在100-200℃的温度范围内产生几乎100％的NOx转化率。Li［10］等人通过共沉淀法制备了利用Ce-FeOx催化剂。通过一系列表征手段证实了Ce和Fe氧化物之间的协同作用使Ce-FeOx材料具有相对较高的低温还原性和更好的储氧性能，这都有利于对NOx的催化还原性能的提高。

1.3负载型锰基催化剂

载体在催化剂中同样起着重要作用，适宜的载体不仅可以提供巨大的表面来分散活性组分，防止活性组分结晶，而且能提供催化反应发生的空间。常见的载体如TiO2，活性炭等。

Jiang［12］等采用溶胶凝胶法制备出的MnOx-TiO2催化剂，在30000h-1温度145℃时，NOx转化率可大于90％，并且在加入200ppm的SO2以后，其脱硝效率仍然能大于70%。Wu［13］等利用溶胶凝胶法制备的双金属负载型Mn-Ce/TiO2催化剂在40000h-1下，其脱硝效率能在120-220℃内保持100%。Zhang［14］等以碳纳米管为载体，利用共沉淀法制备出Mn-FeOx/TiO2，在32000h-1下，其脱硝效率能在140-180℃内保持100%。

2.结语

尽管在锰基催化剂在脱硝方面已经取得了很大进展，但仍需要进一步研究，制备出具有更高活性更好抗性的脱硝催化剂，用于实际操作。

参考文献

[1]BuscaG,LiettiL,RamisG,BertiF(1998)ApplCatalB:Environmental18:1

[2]HamadaH(1994)CatalToday22:21

[3]G.Busca,L.Lietti,G.Ramis,F.Berti,Appl.Catal.B:Environ.18(1998)1–36.

[4]R.M.Heck,Catal.Today53(1999)519–523.

[5]S.Roy,A.Baiker,Chem.Rev.109(2009)4054–4091

[6]F.Kapteijn,L.Singoredjo,A.Andreini,Appl.Catal.B:Environ.3(1994)

173–189

[7]M.Kang,T.H.Yeon,E.D.Park,J.E.Yie,J.M.Kim,Catal.Lett.106(2006)77–80.

[8]TangXL，HaoJM，XuWG，eta1．LowtemperatureselectivecatalyticreductionofNOxwithNH3overamorphousMnOxcatalystspreparedbythreemethods[J]．CatalCommun，2007，8(3)：329．

[9]Z.M.Liu,Y.Yi,S.X.Zhang,T.L.Zhu,J.Z.Zhu,J.G.Wang,Catal.Today216(2013)76–81

[10]Li,K.,etal.,ModificationofCeO2ontheredoxpropertyofFe2O3.MaterialsLetters,2013.93:p.129-132.

[11]Jiang,B.,Y.LiuandZ.Wu,Low-temperatureselectivecatalyticreductionofNOonMnOx/TiO2preparedbydifferentmethods.JournalofHazardousMaterials,2009.162(2-3):p.1249-1254.

[12]Wu,Z.,etal.,CeriamodifiedMnOx/TiO2asasuperiorcatalystforNOreductionwithNH3atlow-temperature.CatalysisCommunications,2008.9(13):p.2217-2220.

[13]Zhang,Y.,etal.,PreparationofMn–FeOx/CNTscatalystsbyredoxco-precipitationandapplicationinlow-temperatureNOreductionwithNH3.CatalysisCommunications,2015.62:p.57-61.

作者简介：高杰（1994.08—），男，四川省内江人，成都市武侯区四川大学环境工程专业，硕士研究生。