低温NH3-SCR新型MnOx@TiO2纳米棒核壳结构催化剂的合成及抗SO2性能研究

氮氧化物 (NOx) 是造成大气污染的主要来源之一, 严重威胁人类的身体健康. 选择性催化还原 (SCR) 技术由于其独特的优势而受到青睐. 但 SCR 催化剂容易受到 SO2的侵蚀而失活, 使用寿命降低. 开发具有抗硫能力强的高活性催化剂已成为脱硝技术研究的热点. 核壳结构催化剂由于其独特的外壳结构能有效地减少活性物质与 SO2的接触, 减少催化剂中毒, 延长催化剂的使用寿命. 而水热合成法能有效控制催化剂的外形结构, 动力学外裹法能将物质均匀分布在被包裹物质的表面, 两者结合有利于核壳结构催化剂的合成.本文采用两步法 (水热法 + 动力学外包裹法) 制备的 MnOx@TiO2纳米棒核壳结构低温脱硝催化剂具有高活性、高稳定性和优异的 N2选择性. 此外, 与 MnOx, TiO2和 MnOx/TiO2等纳米材料相比, MnOx@TiO2具有更好的 SO2和 H2O 抗性,表明 MnOx@TiO2具备良好的运用前景. 采用 TEM, HR-TEM, XRD, Raman, BET, XPS, NH3-TPD 和 H2-TPR 等方法对催化剂进行了系统的表征. TEM 和 HR-TEM 结果表明, MnOx@TiO2表现出明显的核壳结构, 且 TiO2颗粒均匀分布在 MnOx纳米棒上. XRD 和 Raman 结果发现 MnOx@TiO2中含有 MnO2, 从而保证了 MnOx@TiO2具有良好的脱硝活性. 同时, BET, NH3-TPD 和 H2-TPR 等结果表明, MnOx@TiO2具有丰富的中孔结构和路易斯酸位点, 以及强氧化还原能力, 因而其催化性能提高. 根据 SO2侵蚀后的 XPS 结果, MnOx@TiO2与 MnOx/TiO2相比, 两者中的 S 元素含量差异小, 但前者中的 Mn4+降低量远少于后者. 表明 MnOx@TiO2的核壳结构可以在 SO2存在条件下有效地保护活性位点, 因而具有更强的 SO2抗性.