Page 167 - 《精细化工》2021年第12期

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第 12 期 王焕然，等: 高分散性纳米级 Fe /BAC-φH 2 -θ(t)催化剂催化还原 NO ·2529·

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85%时，反应后的催化剂 Fe 的特征峰强度减弱，同 象，反而催化剂的分散性有所提升，表面形貌变化
与 XRD 衍射峰强度变化趋势相同。随着反应的进
时在 2θ=30.08°、35.45°、56.94°、62.52°出现 Fe 3 O 4
[23]
的特征峰（JCPDS No. 99-0073） 。随着反应进行， 行，NO 转化率降低，催化剂发生团聚现象越明显
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NO 转化率逐渐降低，但 Fe 的特征峰强度基本保持 （图 10e、f），但与 C-NO 反应中相同转化率下的催
不变，Fe 3 O 4 衍射峰强度逐渐增强。当 NO 转化率达 化剂相比，分散性仍有所提升。
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到 45%时，催化剂中仍然存在 Fe ，这可能是由于
零价铁催化剂外表面被氧化后，NO 气体无法传递
到催化剂内部与活性组分零价铁接触，从而导致催
化剂失活 [20] 。图 9b 为采用 CO 作为还原剂时，不同
NO 转化率下催化剂的 XRD 谱图，CO-NO 中的催
化剂总体变化趋势与 C-NO 反应的催化剂变化趋势
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相同，但随着 NO 转化率逐渐降低，Fe 的特征峰强
度逐渐减弱，这可能是由于被氧化后的零价铁在反
应过程中不断被 CO 还原，使其分散性提升，从而
导致衍射峰强度减弱。

a—C-NO 中 NO 转化率 85%；b—C-NO 中 NO 转化率 60%；c—
C-NO 中 NO 转化率 45%；d—CO-NO 中 NO 转化率 85%, e—
CO-NO 中 NO 转化率 60%；f—CO-NO 中 NO 转化率 45%
图 10 反应过程中不同 NO 转化率下催化剂的 SEM 图
Fig. 10 SEM images of catalysts with different NO conversion
during the reaction

根据上述现象对反应机理进行推测，首先在催
化剂表面酸性位点的作用下，NO 被催化剂表面吸
附 [24] ，形成 Fe(ON)络合物。在催化剂的作用下，
*
*
O—N 键断裂，形成 Fe(O)以及 N 自由基。N 自由
基再次吸附到 Fe(ON)络合物表面形成 Fe(ONN)后，
分解生成 Fe(O)及 N 2 。
Fe NO  Fe(ON) （2）
Fe(ON)  Fe(O) N * （3）

图 9 反应过程中不同 NO 转化率催化剂的 XRD 谱图 Fe(ON) N *  Fe(ONN) （4）
Fig. 9 XRD patterns of catalysts with different NO conversion
during the reaction Fe(ONN)  Fe(O) N 2 （5）
根据文献[25]报道，炭材料具有较强的电子转
图 10 为采用两种还原剂还原 NO 时，不同 NO
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转化率下 Fe /BAC-100%H 2 -700(3)催化剂的 SEM 移能力，NO 还原反应中活性氧通过碳材料进行转
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移形成 C(O)，重新释放 Fe 活性位点维持反应的进
图。当采用活性炭 BAC 为还原剂时，由图 10a、b、
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行。但 C-NO 反应中，NO 氧化 Fe 的反应速率较炭
c 可见，随着 NO 转化率的降低，反应后的催化剂表 0
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面 Fe 粒子逐渐发生团聚，活性组分光滑的表面消 材料转移活性氧的速率快，导致部分 Fe 活性位点
失，出现表面较为粗糙的絮状物，这可能是由于 Fe 0 的活性氧无法转移，造成活性位点缓慢氧化成铁氧
化物，催化剂活性组分发生改变，催化剂最终失活。
氧化，最终形成的铁氧化物所造成的。由图 10d、e、
f 可知，采用 CO 作为还原剂时催化剂形貌与采用活 Fe(O) C  C(O) Fe （6）
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性炭作为还原剂的催化剂有着较大的差距。当 NO C(O) C(O)  CO （7）
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转化率为 85%时，Fe 并没有发生较为明显的团聚现 Fe(O) Fe(O)  Fe O （8）
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