Эффект синергизма в реакции селективного каталитического восстановления оксидов азота на композитных катализаторах [Ce0.75Zr0.25O2 + H-Beta]
Мытарева А.И.
Аспирант
Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, г. Москва, Россия
E-mail: aim@ioc.ac.ru
Высокая эффективность композитных систем [Mn/носитель + Fe-цеолит] в реакции селективного каталитического восстановления оксидов азота аммиаком (NH3-СКВ NOx) была установлена в работах [1, 2]. Показано, что механическое смешение цеолитного (Fe-Beta или Fe-ZSM-5) и Mn-содержащего компонентов приводит к увеличению каталитической активности в условиях реакции стандартного NH3-СКВ NOx (реакция 1), в особенности в области низких температур (150 – 250°С).
2NO + 2NH3 + 1/2O2 → 2N2 + 3H2O – реакция стандартного СКВ (1)
Для объяснения природы обнаруженного эффекта в работе [1] был предложен «бифункциональный» механизм, включающий в себя две основные стадии:
2NO + О2 → 2NO2 – реакция окисления на Mn/носитель (2)
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O – реакция быстрого СКВ на цеолите (3)
Д ля проверки этой гипотезы в данной работе в качестве компонентов композитного катализатора были использованы H-Beta и Ce0.75Zr0.25O2, не обладающие индивидуальной активностью в стандартном СКВ NOx, но активные в реакции 2 (Ce0.75Zr0.25O2) и реакции 3 (H-Beta). Такой подход позволил, исключив индивидуальную активность компонентов в реакции 1, выявить вклад «бифункционального» механизма.
Каталитические свойства компонентов и композитного катализатора на их основе исследовались в стандартных условиях NH3-СКВ NOx: 500 м.д. NOx, 600 м.д. NH3, 10% O2, 6% H2O и N2. Объемная скорость – 250 000 ч-1.
Как показано на рис. 1, конверсия NOx на композитном катализаторе [Ce0.75Zr0.25O2 + H-Beta] превосходит алгебраическую сумму конверсий на индивидуальных компонентах (H-Beta и Ce0.75Zr0.25O2) в широком диапазоне температур (150 – 550°С) и достигает 90% при Треакц > 360°C.
Таким образом, т. к. вклад индивидуальных активностей компонентов в общую активность композитной системы [Ce0.75Zr0.25O2 + H-Beta] незначителен, то наблюдаемый эффект синергизма может быть объяснен протеканием реакции по «бифункциональному» механизму и высокой активностью H-Beta в реакции быстрого СКВ NOx (реакция 3).
Автор выражает благодарность научному руководителю д.х.н., проф. Стахееву А.Ю. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 15-03-07802 A).
Литература
-
Stakheev, A.Yu.; Baeva, G.N.; Bragina, G.O.; Teleguina, N.S.; Kustov, A.L.; Grill, М.; Thogersen, J.R. Integrated DeNOx–DeSoot Catalytic Systems with Improved Low-Temperature Performance // Topics in Catalysis. 2013, Vol. 56. р. 427–433.
-
Salazar, M.; Becker, R.; Grünert, W. Hybrid catalysts – an innovative route to improve catalyst performance in the selective catalytic reduction of NO by NH3 // Applied Catalysis B: Environmental. 2015, Vol. 165. p. 316–327.
Поделитесь с Вашими друзьями: |