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α-Fe2O3(001)及其掺杂表面吸附As2O3机制的密度泛函理论

2022-06-07刘思彤牛胜利韩奎华李英杰王永征路春美

哈尔滨工业大学学报 2022年7期
关键词:催化剂体系模型

刘思彤,牛胜利,韩奎华,李英杰,王永征,路春美,王 栋,朱 英

(1. 山东大学 能源与动力工程学院, 高效节能及储能技术与装备山东省工程实验室,济南 250061;2. 佐治亚理工学院布鲁克贝尔可持续发展学院,佐治亚 亚特兰大 30332;3. 齐鲁工业大学(山东省科学院) 新材料研究所, 济南 250014)

氮氧化物(NOx)排放是目前大气污染治理的重点[1],选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)是目前最成熟的烟气脱硝技术,已广泛应用于各大燃煤发电机组,是利用NH3、尿素等氨基还原剂在催化剂的作用下选择性地与NOx反应生成N2和H2O[2-4]。现有商用的V2O5-WO3/TiO2催化剂存在钒二次污染以及工作温度窗口窄等问题[5-7]。已有的研究表明,铁基催化剂具有较好的低温反应特性以及耐硫抗水能力,且来源广泛、价格低廉,近年来受到广大研究者的青睐[8]。Zhao等[9]通过共沉淀法制备了不同晶型的Fe2O3催化剂,结果表明,α-Fe2O3具有良好的耐热稳定性和较高的催化活性;朱自成[10]用密度泛函理论对铁基催化剂的SCR脱硝机理进行研究,发现2×2表面已经足够大,NH3、NO、O2比较趋向于吸附于α-Fe2O3(001)表面的Fe原子即top位上。

砷物质会导致SCR催化剂严重失活[11]。一般认为,砷主要以As2O3形式存在于燃煤锅炉和城市垃圾焚烧炉的烟气中(浓度在1 μg/m3和10 mg/m3之间),它们可以覆盖甚至破坏催化剂表面的活性中心,造成物理和化学失活[12-13]。Wu等[14]应用密度泛函理论 (DFT) 探索钒钛基催化剂表面与As2O3之间的相互作用机制,发现As2O3在催化剂表面被氧化成As2O5,路易斯酸位点(V=O)被破坏,催化剂失活;Li等[15]研究了As对V2O5-WO3-TiO2的影响,发现O2增强了由As引起的 V2O5-WO3-TiO2的失活。……

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