分会

第四十二分会：绿色化学

摘要

硝酸盐是低温选择性催化还原氮氧化物（NH3-SCR）中的重要物种。了解硝酸盐的反应行为，不仅可以深入理解反应机理，更有助于设计低温下性能优异的催化剂。 锰基催化剂在低温NOx消除方面性能超群。为了深入了解硝酸盐对锰基催化剂SCR性能的影响，将β-MnO2、α-Mn2O3、α-Mn3O4三类典型的锰氧化物作为模型催化剂，考察了其在低温下的寿命。通过一系列表征和理论分析，详细分析了这些MnOx的表面微观结构与硝酸盐性质的关系。 如图1a所示，200 h后Mn3O4的NO转化率变化不大，MnO2的活性下降20%, 而Mn2O3降低到40%左右。鉴于稳定性试验前后催化剂的织构性质以及Mn化学价态等几乎不变，其影响可以排除。硝酸盐物质的沉积可能占据活性位点并导致SCR催化剂失活。为了进一步确认，将5%的硝酸铵和催化剂机械混合后进行活性测试，确认了硝酸盐对Mn2O3的毒化作用（图1b）。 利用原位红外分析 了3种锰氧化物上硝酸盐的种类，结果如图1c所示。存在单齿、双齿、桥状以及游离态的硝酸盐。螯合类的硝酸盐是其中最稳定的一类，选择该类型的硝酸盐作为示例来探究硝酸盐稳定性与MnOx表面配位构型之间的关系。MnO2、Mn2O3和Mn3O4分别优先暴露（110）、（100）和（101）面。与MnO2（110）和Mn3O4（101）不同，Mn2O3（100）上Mn的配位数为4而不是5[1-3]。结合前人研究[4]，MnO2（110）、Mn3O4（101）和Mn2O3（100）的Mnn+位点净电荷分别为2/3、1/2和1。吸附螯合类硝酸盐后，系统的净电荷分别为-1/3、-1/2和0（图1d）。净电荷接近0，系统更稳定。因此，Mn2O3上的硝酸盐难以分解或与NH3反应，低温下失活最严重。

关键词

硝酸盐种类；MnOx的表面配位构型；低温NH3-SCR；催化剂寿命

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