Effect of Potassium on the Performance of a CuSO4/TiO2 Catalyst Used in the Selective Catalytic Reduction of NOx by NH3

Yanke Yu Mengqiao Geng Desheng Wei Chi He

Citation:  Yanke Yu, Mengqiao Geng, Desheng Wei, Chi He. Effect of Potassium on the Performance of a CuSO4/TiO2 Catalyst Used in the Selective Catalytic Reduction of NOx by NH3[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(4): 220603. doi: 10.3866/PKU.WHXB202206034 shu

钾对CuSO4/TiO2脱硝催化剂的失活效应

    通讯作者: 何炽, chi_he@xjtu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21906127

    国家自然科学基金 21876139

    国家自然科学基金 21922606

    中国博士后科学基金 2021M692550

摘要: 为了减少碳排放,在世界各地兴建了越来越多的生物质电厂。钾元素是生物质电厂烟气中的一种典型元素并且可以引起脱硝催化剂的失活。具有优异抗SO2性能的CuSO4/TiO2催化剂被认为是一种有前景的非钒基脱硝催化剂。但是,钾对CuSO4/TiO2催化剂的影响仍不清楚。本文研究了钾对CuSO4/TiO2催化剂的影响并且与商业V2O5-WO3/TiO2 (VWTi)催化剂作了比较,采用多种表征方法对催化剂样品进行了表征。钾可以引起CuSO4/TiO2和VWTi催化剂的失活,但是CuSO4/TiO2催化剂对钾的抵抗能力明显高于商业VWTi催化剂。钾会与CuSO4/TiO2催化剂中的CuSO4发生反应生成CuO和K2SO4。CuO的形成会引起催化剂上NOx转化率和N2选择性的下降。另外,钾还会与催化剂上的Brønsted酸性位(S-OH)结合从而阻碍NH3在催化剂表面的吸附。再者,高浓度的钾还会引起催化剂比表面积的下降。值得注意的是,丰富的酸性位和表面吸附氧含量应该是CuSO4/TiO2催化剂对钾具有较高抵抗力的原因。本工作的研究结果表明CuSO4/TiO2催化剂是一种适用于生物质电厂烟气脱硝的潜在催化剂。

English

    1. [1]

      Fang, X.; Qu, W.; Qin, T.; Hu, X.; Chen, L.; Ma, Z.; Liu, X.; Tang, X. Environ. Sci. Technol. 2022, 56, 6631. doi: 10.1021/acs.est.2c00482

    2. [2]

      丁心湄, 梁艳丽, 张海龙, 赵明, 王健礼, 陈耀强. 物理化学学报, 2022, 38, 2005009. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005009Ding, X. M.; Liang, Y. L.; Zhang, H. L.; Zhao, M.; Wang, J. L.; Chen, Y. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2005009. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005009

    3. [3]

      Mesilov, V.; Dahlin, S.; Bergman, S. L.; Xi, S.; Han, J.; Olsson, L. Appl. Catal. B 2021, 299, 120626. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120626

    4. [4]

      Han, L.; Cai, S.; Gao, M.; Hasegawa, J.; Wang, P.; Zhang, J.; Shi, L.; Zhang, D. Chem. Rev. 2019, 119, 10916. doi: 10.1021/acs.chemrev.9b00202

    5. [5]

      杨晓庆, 杨华琳, 卢欢, 丁皓璇, 童妍心, 饶斐, 张鑫, 申茜, 高健智, 朱刚强. 物理化学学报, 2021, 37, 2005008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005008Yang, X. Q.; Yang, H. L.; Lu, H.; Ding, H. X.; Tong, Y. X.; Rao, F.; Zhang, X.; Shen, Q.; Gao, J.; Zhu, G. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2005008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005008

    6. [6]

      Huang, X.; Liu, Z.; Wang, D.; Peng, Y.; Li, J. Catal. Sci. Technol. 2020, 10, 323. doi: 10.1039/C9CY02188D

    7. [7]

      Yu, Y.; Yi, X.; Zhang, J.; Tong, Z.; Chen, C.; Ma, M.; He, C.; Wang, J.; Chen, J.; Chen, B. Catal. Sci. Technol. 2021, 11, 5125. doi: 10.1039/D1CY00467K

    8. [8]

      Ni, S.; Tang, X.; Yi, H.; Gao, F.; Wang, C.; Shi, Y.; Zhang, R.; Zhu, W. J. Rare Earths 2022, 40, 268. doi: 10.1016/j.jre.2020.12.015

    9. [9]

      Li, L.; Ge, C.; Ji, J.; Tan, W.; Wang, X.; Wei, X.; Guo, K.; Tang, C.; Dong, L. Chin. J. Catal. 2021, 42, 1488. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63778-0

    10. [10]

      Guo, K.; Ji, J.; Song, W.; Sun, J.; Tang, C.; Dong, L. Appl. Catal. B 2021, 297, 120388. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120388

    11. [11]

      Zhang, Y.; Zhang, J.; Wang, H.; Yang, W.; Wang, C.; Peng, Y.; Chen, J.; Li, J.; Gao, F. J. Phys. Chem. C 2022, 126, 8720. doi: 10.1021/acs.jpcc.2c01268

    12. [12]

      Hu, W.; He, J.; Liu, X.; Yu, H.; Jia, X.; Yan, T.; Han, L.; Zhang, D. Environ. Sci. Technol. 2022, 56, 5170. doi: 10.1021/acs.est.1c08715

    13. [13]

      Kang, L.; Han, L.; Wang, P.; Feng, C.; Zhang, J.; Yan, T.; Deng, J.; Shi, L.; Zhang, D. Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 14066. doi: 10.1021/acs.est.0c05038

    14. [14]

      Yu, Y.; Zhang, J.; Chen, C.; Ma, M.; He, C.; Miao, J.; Li, H.; Chen, J. New J. Chem. 2020, 44, 13598. doi: 10.1039/D0NJ02647F

    15. [15]

      Qi, K.; Xie, J.; Fang, D.; Gong, P.; Li, F.; He, F. J. Cleaner Prod. 2020, 256, 120411. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.120411

    16. [16]

      Yu, Y.; Miao, J.; Wang, J.; He, C.; Chen, J. Catal. Sci. Technol. 2017, 7, 1590. doi: 10.1039/c6cy02626e

    17. [17]

      Kong, M.; Liu, Q.; Zhou, J.; Jiang, L.; Tian, Y.; Yang, J.; Ren, S.; Li, J. Chem. Eng. J. 2018, 348, 637. doi: 10.1016/j.cej.2018.05.045

    18. [18]

      Gong, P.; He, F.; Fang, D.; Xie, J. J. Environ. Chem. Eng. 2022, 10, 107895. doi: 10.1016/j.jece.2022.107895.

    19. [19]

      Li, J.; Peng, Y.; Chang, H.; Li, X.; Crittenden, J. C.; Hao, J. Front. Environ. Sci. Eng. 2016, 10, 413. doi: 10.1007/s11783-016-0832-3

    20. [20]

      Chen, L.; Li, J.; Ge, M. Chem. Eng. J. 2011, 170, 531. doi: 10.1016/j.cej.2010.11.020

    21. [21]

      Chen, X.; Geng, Y.; Shan, W.; Liu, F. Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57, 1399. doi: 10.1021/acs.iecr.7b04444

    22. [22]

      Kong, M.; Liu, Q.; Jiang, L.; Tong, W.; Yang, J.; Ren, S.; Li, J.; Tian, Y. Chem. Eng. J. 2019, 370, 518. doi: 10.1016/j.cej.2019.03.156

    23. [23]

      Wu, H.; Li, W.; Guo, L.; Pan, Y.; Xu, X. J. Fuel Chem. Technol. 2011, 39, 550. doi: 10.1016/S1872-5813(11)60034-0

    24. [24]

      Byun, S. W.; Lee, S. J.; Kim, M.; Bae, W. B.; Shin, H.; Hazlett, M. J.; Kang, D.; Tesfaye, B.; Park, P. W.; Kang, S. B. Chem. Eng. J. 2022, 444, 136517. doi: 10.1016/j.cej.2022.136517

    25. [25]

      Du, X.; Gao, X.; Qiu, K.; Luo, Z.; Cen, K. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 1905. doi: 10.1021/jp511475b

    26. [26]

      Madia, G.; Elsener, M.; Koebel, M.; Raimondi, F.; Wokaun, A. Appl. Catal. B 2002, 39, 181. doi: 10.1016/S0926-3373(02)00099-1

    27. [27]

      Qi, X.; Han, L.; Deng, J.; Lan, T.; Wang, F.; Shi, L.; Zhang, D. Environ. Sci. Technol. 2022, 56, 5840. doi: 10.1021/acs.est.2c00944

    28. [28]

      Guo, M.; Mosevitzky, L. B.; Ford, M. E.; Wachs, I. E. Appl. Catal. B 2022, 306, 121108. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121108

    29. [29]

      Zhang, X.; Xuan, Y.; Wang, B.; Gao, C.; Niu, S.; Zhao, G.; Wang, D.; Li, J.; Lu, C.; Crittenden, J. C. Front. Environ. Sci. Eng. 2021, 16, 88. doi: 10.1007/s11783-021-1447-x

    30. [30]

      Ji, J.; Tang, Y.; Han, L.; Ran, P.; Song, W.; Cai, Y.; Tan, W.; Sun, J.; Tang, C.; Dong, L. Chem. Eng. J. 2022, 445, 136530. doi: 10.1016/j.cej.2022.136530

    31. [31]

      Han, F.; Yuan, M.; Mine, S.; Sun, H.; Chen, H.; Toyao, T.; Matsuoka, M.; Zhu, K.; Zhang, J.; Wang, W.; et al. ACS Catal. 2019, 9, 10398. doi: 10.1021/acscatal.9b02975

    32. [32]

      Wang, Y.; Yi, W.; Yu, J.; Zeng, J.; Chang, H. Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 12612. doi: 10.1021/acs.est.0c02840

    33. [33]

      Yu, Y.; Wei, D.; Tong, Z.; Wang, J.; Chen, J.; He, C. Chem. Eng. J. 2022, 442, 136356. doi: 10.1016/j.cej.2022.136356

    34. [34]

      Qu, Z.; Wang, Z.; Zhang, X.; Wang, H. Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 4491. doi: 10.1039/C5CY02125A

    35. [35]

      Zhang, X.; Wang, H.; Wang, Z.; Qu. Z. Appl. Surf. Sci. 2018, 447, 40. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.03.220

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  4
  • 文章访问数:  906
  • HTML全文浏览量:  66
文章相关
  • 发布日期:  2023-04-15
  • 收稿日期:  2022-06-22
  • 接受日期:  2022-07-13
  • 修回日期:  2022-07-12
  • 网络出版日期:  2022-07-18
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章