Page 119 - 精细化工2019年第9期
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第 9 期 刘晓刚,等: Cu(x)/TiO 2 催化剂 NH 3 -SCR 低温脱硝性能 ·1847·
式中:C NO 为 NO 转化率,%;φ in 和 φ out 分别为进、 知,与其他催化剂相比,Cu(6)/TiO 2 催化剂的 O α/O β
出反应器的气体中 NO 的体积分数,%。 比值较大,为 0.482,表明 Cu(6)/TiO 2 催化剂表面吸附
氧含量较多。表面吸附氧物种是主要的氧化中间体,
2 结果与讨论 较多的表面吸附氧物种有利于NH 3-SCR反应中NO氧
化为 NO 2,提高催化剂的氧化还原反应活性 [14,23-24] 。
2.1 XRD 分析
Cu(x)/TiO 2 催化剂和 TiO 2 载体的 XRD 谱图如图 表 1 催化剂 Cu(x)/TiO 2 的 XPS 表征结果
1 所示。 Table 1 XPS data of the Cu(x)/TiO 2 catalysts
结合能/eV 结合能/eV
+
催化剂 O α/O β Cu /Cu 2+
+
O α O β Cu Cu 2+
531.9 529.4 0.343 932.3 933.3 0.627
Cu(1)/TiO 2
531.3 529.7 0.355 932.6 933.9 0.722
Cu(3)/TiO 2
Cu(4)/TiO 2 531.0 529.3 0.365 932.3 933.7 0.757
Cu(5)/TiO 2 531.1 529.5 0.410 932.8 933.8 0.818
531.3 529.9 0.482 933.1 934.6 0.948
Cu(6)/TiO 2
531.2 529.7 0.449 932.7 934.3 0.882
Cu(7)/TiO 2
Cu(x)/TiO 2 催化剂的 Cu 2p 光电子能谱图如图 3
所示。结合能在 933.2~938.8 eV 和在 944.0 eV 处有峰,
图 1 催化剂与载体的 XRD 谱图 2+
Fig. 1 XRD patterns of the catalysts and carrier 表明存在 Cu 物种;结合能位于 928.5~933.5 eV 处归
+
属于 Cu 的特征峰 [25-26] 。
由图 1 可知,在 2θ=25.282°、37.824°、48.049°
和 62.688°处出现归属于四方晶型锐钛矿型 TiO 2 结
构的(101)、(004)、(200)和(204)晶面特征衍
射峰(PDF#21-1272),未发现归属于铜物种的特征
衍射峰,可能原因是铜物种在 TiO 2 载体上高度分散,
或是铜的负载量低于 XRD 检测限 [23] 。由此得出,
Cu(x)/TiO 2 催化剂的 XRD 谱图只出现载体 TiO 2 的特
征衍射峰。
2.2 XPS 分析
Cu(x)/TiO 2 催化剂的 O 1s 光电子能谱图如图 2
所示。 图 3 Cu(x)/TiO 2 催化剂的 Cu 2p XPS 谱图
Fig. 3 XPS spectra of Cu 2p state in Cu(x)/TiO 2 catalysts
由图 3 看到,Cu(x)/TiO 2 催化剂样品在结合能
为 934.3 eV 和 952.4 eV 处分别出现归属于 Cu 2p 3/2
和 Cu 2p 1/2 的特征峰;在 928~938 eV 处出现较宽的
重叠峰。对样品的 Cu 2p 谱峰进行分峰处理,在 932.8
+
2+
和 934.0 eV 附近得到归属于 Cu 和 Cu 的特征峰,
表明铜物种以 CuO 和 Cu 2 O 形式存在于催化剂样品
2+
+
中 [14,25] 。Cu 和 Cu 存在于催化剂样品中能够促进
NH 3 -SCR 反应中 NO x 氧化还原循环过程的进行 [14] 。
+
2+
根据峰面积计算催化剂样品中 Cu /Cu 比值,结果
图 2 Cu(x)/TiO 2 催化剂的 O1s XPS 谱图
Fig. 2 XPS spectra of O1s state in Cu(x)/TiO 2 catalysts 如表 1 所示。由表 1 可知,Cu(6)/TiO 2 催化剂具有
+
2+
较高的 Cu /Cu 比值(0.948),表明 Cu(6)/TiO 2 催化
对样品的 O 1s 峰进行分峰处理,在结合能为 剂中 Cu 2 O 物种的数量较其他催化剂多。
529.5 和 531.3 eV 附近出现分别归属于晶格氧(标 2.3 NO-TPD 分析
记为 O β )和表面吸附氧(标记为 O α ) [3,14,24] 的特征 Cu(x)/TiO 2 催化剂的 NO-TPD 谱图如图 4 所示。
峰,分峰结果和峰面积比值 O α/O β 见表 1。从表 1 可 从图 4 可以看出,在 60~200 ℃和 295~380 ℃处出