铜负载量对LNT催化剂CuO-K2CO3/TiO2结构与性能的影响

范丰奇 孟明 田野 郑黎荣 张静 胡天斗

引用本文: 范丰奇, 孟明, 田野, 郑黎荣, 张静, 胡天斗. 铜负载量对LNT催化剂CuO-K2CO3/TiO2结构与性能的影响[J]. 物理化学学报, 2015, 31(9): 1761-1770. doi: 10.3866/PKU.WHXB201507291 shu
Citation:  FAN Feng-Qi, MENG Ming, TIAN Ye, ZHENG Li-Rong, ZHANG Jing, HU Tian-Dou. Effect of Cu Loading on the Structure and Catalytic Performance of the LNT Catalyst CuO-K2CO3/TiO2[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(9): 1761-1770. doi: 10.3866/PKU.WHXB201507291 shu

铜负载量对LNT催化剂CuO-K2CO3/TiO2结构与性能的影响

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21276184, U1332102, 21476160) (21276184, U1332102, 21476160)

    高等学校博士学科点专项科研基金(20120032110014) (20120032110014)

    天津市自然科学基金(12JCYBJC14000, 15JCZDJC37400) (12JCYBJC14000, 15JCZDJC37400)

    中国大学学科人才引进计划(B06006)资助 (B06006)

摘要:

采用连续浸渍法制备了一系列非贵金属稀燃NOx阱(LNT)催化剂CuO-K2CO3/TiO2, 考察了Cu负载量对催化剂结构和NOx储存还原性能的影响. 发现8% (w) CuO-K2CO3/TiO2催化剂的催化性能最佳, 其对NOx的储存量达到1.559 mmol·g-1, 对NOx的还原效率高达99%, 且在NOx还原过程中无副产物N2O产生. 应用粉末X射线衍射(XRD), 高分辩透射电子显微镜(HR-TEM), CO2程序升温脱附(CO2-TPD), 扩展X射线吸收精细结构(EXAFS), 氢气程序升温还原(H2-TPR)和原位漫反射红外光谱(in-situ DRIFTS)等技术详细表征了催化剂的结构. 结果表明, 不同Cu负载量的催化剂中, 铜物种均主要以CuO相存在. 铜的负载量直接影响铜物种、钾物种的存在状态, 高分散的CuO相与表面K2CO3之间存在较强相互作用, 这种相互作用不仅有利于NOx的储存, 而且有利于增强催化剂的稳定性. in-situ DRIFTS结果表明, NOx储存过程中产生的两个负峰(1436和1563 cm-1)缘于碳酸盐的分解, 这间接证明了碳酸盐作为储存介质参与到NOx储存反应中. EXAFS结果表明, 经过15个稀燃/富燃循环测试, 催化剂中的CuO相仍保持稳定. 基于以上表征结果, 提出了CuO和K2CO3在催化剂表面的分布模型, 并探讨了NOx储存还原的可能机理.

English

    1. [1]

      (1) Roy, S.; Baiker, A. Chem. Rev. 2009, 109, 4054. doi: 10.1021/cr800496f

      (1) Roy, S.; Baiker, A. Chem. Rev. 2009, 109, 4054. doi: 10.1021/cr800496f

    2. [2]

      (2) Klingstedt, F.; Arve, K.; Eränen, K.; Murzin, D. Y. Accounts Chem. Res. 2006, 39, 273. doi: 10.1021/ar050185k(2) Klingstedt, F.; Arve, K.; Eränen, K.; Murzin, D. Y. Accounts Chem. Res. 2006, 39, 273. doi: 10.1021/ar050185k

    3. [3]

      (3) Takahashi, N.; Shinjoh, H.; Iijima, T.; Suzuki, T.; Yamazaki, K.; Yokota, K.; Suzuki, H.; Miyoshi, N.; Matsumoto, S.; Tanizawa, T.; Tanaka, T.; Tateishi, S.; Kasahara, K. Catal. Today 1996, 27, 63.(3) Takahashi, N.; Shinjoh, H.; Iijima, T.; Suzuki, T.; Yamazaki, K.; Yokota, K.; Suzuki, H.; Miyoshi, N.; Matsumoto, S.; Tanizawa, T.; Tanaka, T.; Tateishi, S.; Kasahara, K. Catal. Today 1996, 27, 63.

    4. [4]

      (4) Xian, H.; Ma, A. J.; Meng, M.; Li, X. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 2437. [贤晖, 马爱静, 孟明, 李新刚. 物理化学学报, 2013, 29, 2437.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201309052(4) Xian, H.; Ma, A. J.; Meng, M.; Li, X. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 2437. [贤晖, 马爱静, 孟明, 李新刚. 物理化学学报, 2013, 29, 2437.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201309052

    5. [5]

      (5) Hadjiivanov, K.; Klissurski, D.; Ramis, G.; Busca, G. Appl. Catal. B 1996, 7, 251. doi: 10.1016/0926-3373(95)00034-8(5) Hadjiivanov, K.; Klissurski, D.; Ramis, G.; Busca, G. Appl. Catal. B 1996, 7, 251. doi: 10.1016/0926-3373(95)00034-8

    6. [6]

      (6) Sultana, A.; Haneda, M.; Hamada, H. Appl. Catal. B 2009, 88, 180. doi: 10.1016/j.apcatb.2008.08.028(6) Sultana, A.; Haneda, M.; Hamada, H. Appl. Catal. B 2009, 88, 180. doi: 10.1016/j.apcatb.2008.08.028

    7. [7]

      (7) Zhang, W. X.; Yahiro, H.; Mizuno, N.; Izumi, J.; Iwamoto, M. Langmuir 1993, 9, 2337. doi: 10.1021/la00033a015(7) Zhang, W. X.; Yahiro, H.; Mizuno, N.; Izumi, J.; Iwamoto, M. Langmuir 1993, 9, 2337. doi: 10.1021/la00033a015

    8. [8]

      (8) Liu, J.; Li, X. Y.; Zhao, Q. D.; Zhang, D. K.; Ndokoye, P. J. Mol. Catal. A 2013, 378, 115.(8) Liu, J.; Li, X. Y.; Zhao, Q. D.; Zhang, D. K.; Ndokoye, P. J. Mol. Catal. A 2013, 378, 115.

    9. [9]

      (9) Guerrero, S.; Guzmán, I.; Aguila, G.; Chornik, B.; Araya, P. Appl. Catal. B 2012, 123-124, 282.(9) Guerrero, S.; Guzmán, I.; Aguila, G.; Chornik, B.; Araya, P. Appl. Catal. B 2012, 123-124, 282.

    10. [10]

      (10) Glisenti, A.; Natile, M. M.; Carlotto, S.; Vittadini, A. Catal. Lett. 2014, 144, 1466.(10) Glisenti, A.; Natile, M. M.; Carlotto, S.; Vittadini, A. Catal. Lett. 2014, 144, 1466.

    11. [11]

      (11) Matsumoto, S. I.; Ikeda, Y.; Suzuki, H.; Ogai, M.; Miyoshi, N. Appl. Catal. B 2000, 25, 115. doi: 10.1016/S0926-3373(99) 00124-1(11) Matsumoto, S. I.; Ikeda, Y.; Suzuki, H.; Ogai, M.; Miyoshi, N. Appl. Catal. B 2000, 25, 115. doi: 10.1016/S0926-3373(99) 00124-1

    12. [12]

      (12) Frola, F.; Manzoli, M.; Prinetto, F.; Ghiotti, G.; Castoldi, L.; Lietti, L. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 12869. doi: 10.1021/jp801480t(12) Frola, F.; Manzoli, M.; Prinetto, F.; Ghiotti, G.; Castoldi, L.; Lietti, L. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 12869. doi: 10.1021/jp801480t

    13. [13]

      (13) Lietti, L.; Forzatti, P.; Nova, I.; Tronconi, E. J. Catal. 2001, 204, 175. doi: 10.1006/jcat.2001.3370(13) Lietti, L.; Forzatti, P.; Nova, I.; Tronconi, E. J. Catal. 2001, 204, 175. doi: 10.1006/jcat.2001.3370

    14. [14]

      (14) Nova, I.; Castoldi, L.; Lietti, L.; Tronconi, E.; Forzatti, P.; Prinetto, F.; Ghiotti, G. J. Catal. 2004, 222, 377. doi: 10.1016/j.jcat.2003.11.013(14) Nova, I.; Castoldi, L.; Lietti, L.; Tronconi, E.; Forzatti, P.; Prinetto, F.; Ghiotti, G. J. Catal. 2004, 222, 377. doi: 10.1016/j.jcat.2003.11.013

    15. [15]

      (15) Delucasconsuegra, A.; Caravaca, A.; Sanchez, P.; Dorado, F.; Valverde, J. J. Catal. 2008, 259, 54.(15) Delucasconsuegra, A.; Caravaca, A.; Sanchez, P.; Dorado, F.; Valverde, J. J. Catal. 2008, 259, 54.

    16. [16]

      (16) Shen, W. H.; Nitta, A.; Chen, Z.; Eda, T.; Yoshida, A.; Naito, S. C. J. Catal. 2011, 280, 161. doi: 10.1016/j.jcat.2011.03.014(16) Shen, W. H.; Nitta, A.; Chen, Z.; Eda, T.; Yoshida, A.; Naito, S. C. J. Catal. 2011, 280, 161. doi: 10.1016/j.jcat.2011.03.014

    17. [17]

      (17) Castoldi, L.; Lietti, L.; Forzatti, P.; Morandi, S.; Ghiotti, G.; Vindigni, F. J. Catal. 2010, 276, 335. doi: 10.1016/j.jcat. 2010.09.026(17) Castoldi, L.; Lietti, L.; Forzatti, P.; Morandi, S.; Ghiotti, G.; Vindigni, F. J. Catal. 2010, 276, 335. doi: 10.1016/j.jcat. 2010.09.026

    18. [18]

      (18) Liu, Y.; Meng, M.; Li, X. G.; Guo, L. H.; Zha, Y. Q. Chem. Eng. Res. Des. 2008, 86, 932. doi: 10.1016/j.cherd.2008.02.010(18) Liu, Y.; Meng, M.; Li, X. G.; Guo, L. H.; Zha, Y. Q. Chem. Eng. Res. Des. 2008, 86, 932. doi: 10.1016/j.cherd.2008.02.010

    19. [19]

      (19) Hou, N. N.; Zhang, Y. X.; Meng, M. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 4089.(19) Hou, N. N.; Zhang, Y. X.; Meng, M. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 4089.

    20. [20]

      (20) Li, W. B.; Yang, R. T.; Krist, K.; Regalbuto, J. R. Energ. Fuel 1997, 11, 428. doi: 10.1021/ef960128v(20) Li, W. B.; Yang, R. T.; Krist, K.; Regalbuto, J. R. Energ. Fuel 1997, 11, 428. doi: 10.1021/ef960128v

    21. [21]

      (21) Huang, J.; Wang, S. R.; Zhao, Y. Q.; Wang, X. Y.; Wang, S. P.; Wu, S. H.; Zhang, S. M.; Huang, W. P. Catal. Commun. 2006, 7, 1029. doi: 10.1016/j.catcom.2006.05.001(21) Huang, J.; Wang, S. R.; Zhao, Y. Q.; Wang, X. Y.; Wang, S. P.; Wu, S. H.; Zhang, S. M.; Huang, W. P. Catal. Commun. 2006, 7, 1029. doi: 10.1016/j.catcom.2006.05.001

    22. [22]

      (22) Chen, C. S.; Chen, T. C.; Chen, C. C.; Lai, Y. T.; You, J. H.; Chou, T. M.; Chen, C. H.; Lee, J. F. Langmuir 2012, 28, 9996.(22) Chen, C. S.; Chen, T. C.; Chen, C. C.; Lai, Y. T.; You, J. H.; Chou, T. M.; Chen, C. H.; Lee, J. F. Langmuir 2012, 28, 9996.

    23. [23]

      (23) You, R.; Zhang, Y. X; Liu, D. S.; Meng, M.; Zheng, L. R.; Zhang, J.; Hu, T. D. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 25403. doi: 10.1021/jp505601x(23) You, R.; Zhang, Y. X; Liu, D. S.; Meng, M.; Zheng, L. R.; Zhang, J.; Hu, T. D. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 25403. doi: 10.1021/jp505601x

    24. [24]

      (24) Wang, Q.; Sohn, J. H.; Chung, J. S. Appl. Catal. B 2009, 89, 97. doi: 10.1016/j.apcatb.2008.12.007(24) Wang, Q.; Sohn, J. H.; Chung, J. S. Appl. Catal. B 2009, 89, 97. doi: 10.1016/j.apcatb.2008.12.007

    25. [25]

      (25) Li, Z. B.; Meng, M.; You, R.; Ding, T.; Li, Z. J. Catal. Lett. 2012, 142, 1067. doi: 10.1007/s10562-012-0864-7(25) Li, Z. B.; Meng, M.; You, R.; Ding, T.; Li, Z. J. Catal. Lett. 2012, 142, 1067. doi: 10.1007/s10562-012-0864-7

    26. [26]

      (26) Zhang, L. J.; Cui, S. P.; Guo, H. X.; Ma, X. Y.; Luo, X. G. J. Mol. Catal. A 2014, 390, 14. doi: 10.1016/j.molcata.2014.02.021(26) Zhang, L. J.; Cui, S. P.; Guo, H. X.; Ma, X. Y.; Luo, X. G. J. Mol. Catal. A 2014, 390, 14. doi: 10.1016/j.molcata.2014.02.021

    27. [27]

      (27) Zhang, Y. X.; Meng, M.; Dai, F. F.; Ding, T.; You, R. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 23691. doi: 10.1021/jp406950u(27) Zhang, Y. X.; Meng, M.; Dai, F. F.; Ding, T.; You, R. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 23691. doi: 10.1021/jp406950u

    28. [28]

      (28) Friedman, R. M.; Freeman, J. J.; Lytle, F. W. J. Catal. 1978, 55, 10. doi: 10.1016/0021-9517(78)90181-1(28) Friedman, R. M.; Freeman, J. J.; Lytle, F. W. J. Catal. 1978, 55, 10. doi: 10.1016/0021-9517(78)90181-1

    29. [29]

      (29) Liu, W.; Flytzani-Stephanopoulos, M. Chem. Eng. J. 1996, 64, 283.(29) Liu, W.; Flytzani-Stephanopoulos, M. Chem. Eng. J. 1996, 64, 283.

    30. [30]

      (30) Bhuiyan, M. M. R.; Lin, S. D.; Hsiao, T. C. Catal. Today 2014, 226, 150. doi: 10.1016/j.cattod.2013.10.053(30) Bhuiyan, M. M. R.; Lin, S. D.; Hsiao, T. C. Catal. Today 2014, 226, 150. doi: 10.1016/j.cattod.2013.10.053

    31. [31]

      (31) Fox, E. B.; Velu, S.; Engelhard, M. H.; Chin, Y. H.; Miller, J. T.; Kropf, J.; Song, C. J. Catal. 2008, 260, 358. doi: 10.1016/j.jcat. 2008.08.018(31) Fox, E. B.; Velu, S.; Engelhard, M. H.; Chin, Y. H.; Miller, J. T.; Kropf, J.; Song, C. J. Catal. 2008, 260, 358. doi: 10.1016/j.jcat. 2008.08.018

    32. [32]

      (32) Zhang, Y. X.; Liu, D. S.; Meng, M.; Jiang, Z.; Zhang, S. Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 8416. doi: 10.1021/ie501034u(32) Zhang, Y. X.; Liu, D. S.; Meng, M.; Jiang, Z.; Zhang, S. Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 8416. doi: 10.1021/ie501034u

    33. [33]

      (33) Chen, L. F.; Guo, P. J.; Qiao, M. H.; Yan, S. R.; Li, H. X.; Shen, W.; Xu, H. L.; Fan, K. N. J. Catal. 2008, 257, 172. doi: 10.1016/j.jcat.2008.04.021(33) Chen, L. F.; Guo, P. J.; Qiao, M. H.; Yan, S. R.; Li, H. X.; Shen, W.; Xu, H. L.; Fan, K. N. J. Catal. 2008, 257, 172. doi: 10.1016/j.jcat.2008.04.021

    34. [34]

      (34) Prinetto, F.; Manzoli, M.; Morandi, S.; Frola, F.; Ghiotti, G.; Castoldi, L.; Lietti, L.; Forzatti, P. J. Phys. Chem. C 2009, 114, 1127.(34) Prinetto, F.; Manzoli, M.; Morandi, S.; Frola, F.; Ghiotti, G.; Castoldi, L.; Lietti, L.; Forzatti, P. J. Phys. Chem. C 2009, 114, 1127.

    35. [35]

      (35) Toops, T. J.; Smith, D. B.; Partridge, W. P. Appl. Catal. B 2005, 58, 245. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.10.021(35) Toops, T. J.; Smith, D. B.; Partridge, W. P. Appl. Catal. B 2005, 58, 245. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.10.021

    36. [36]

      (36) Prinetto, F.; Ghiotti, G.; Nova, I.; Lietti, L.; Tronconi, E.; Forzatti, P. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12732. doi: 10.1021/jp012702w(36) Prinetto, F.; Ghiotti, G.; Nova, I.; Lietti, L.; Tronconi, E.; Forzatti, P. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12732. doi: 10.1021/jp012702w

    37. [37]

      (37) Montanari, T.; Castoldi, L.; Lietti, L.; Busca, G. Appl. Catal. A 2011, 400, 61. doi: 10.1016/j.apcata.2011.04.016(37) Montanari, T.; Castoldi, L.; Lietti, L.; Busca, G. Appl. Catal. A 2011, 400, 61. doi: 10.1016/j.apcata.2011.04.016

    38. [38]

      (38) Fanson, P. T.; Horton, M. R.; Delgass, W. N.; Lauterbach, J. Appl. Catal. B 2003, 46, 393. doi: 10.1016/S0926-3373(03) 00275-3(38) Fanson, P. T.; Horton, M. R.; Delgass, W. N.; Lauterbach, J. Appl. Catal. B 2003, 46, 393. doi: 10.1016/S0926-3373(03) 00275-3

    39. [39]

      (39) Qi, G. S.; Li, W. Catal. Lett. 2013, 144, 639.

      (39) Qi, G. S.; Li, W. Catal. Lett. 2013, 144, 639.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  183
  • 文章访问数:  748
  • HTML全文浏览量:  39
文章相关
  • 发布日期:  2015-09-06
  • 收稿日期:  2015-04-17
  • 网络出版日期:  2015-07-29
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