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東京城市大學的科學家已經開發(fā)出一種低溫催化劑,用于使用氨從工業(yè)廢氣中去除NOx氣體。由塊狀的“有缺陷的”釩氧化物代替負載在商用催化劑中的二氧化鈦負載的釩氧化物組成,該催化劑在較低的溫度(<150攝氏度)下以更高的效率工作。該團隊表現(xiàn)出明顯的性能提升,并確定了造成這種差異的反應機制。
一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO 2)或氮氧化物(NO x)是燃燒化石燃料,煤和天然氣而產生的常見大氣污染物。它們是光化學煙霧和酸雨的主要原因,這使其從車輛和工廠排放中清除極為重要。除去氮氧化物的一項關鍵技術是通過選擇性催化還原(SCR)與氨反應,而通過還原成氮和水使NOx變得無害。特別地,已知負載在二氧化鈦上的釩氧化物具有極好的選擇性轉化為氮,并已成功地應用于固定式鍋爐。
然而,負載型催化劑的顯著瓶頸是催化活性所需的高溫,通常為200至400攝氏度。這通常導致將設備放置在靠近發(fā)電廠的鍋爐的位置,在這些設備中,不僅容易被灰燼物理損壞,而且很容易被硫酸銨的積累損壞。如果將裝置放置在靜電除塵器和除塵系統(tǒng)以去除硫酸鹽沉積物之后,將其置于下游,則可以避免這些失活因素。但是,該方法要求在較低溫度下具有較高的催化活性,因為此時排氣溫度通常已降至約100攝氏度。需要在較低溫度下工作的催化劑。
現(xiàn)在,由東京都大學的Inomata佑助(Yusuke Inomata)和村山徹(Toru Murayama)領導的研究小組開發(fā)了一種基于本體釩氧化物的催化劑。氧化釩(V 2 O 5)是氧化釩的常見狀態(tài); 然而,該團隊通過將前體加熱到270攝氏度,成功地合成了釩(V)和釩(IV)氧化物或“有缺陷的”釩氧化物的混合物。他們發(fā)現(xiàn),這種“缺陷”催化劑在低至100攝氏度的溫度下具有出色的催化活性。在此溫度下,NOx轉化為無害氮的速度比常規(guī)二氧化鈦負載的釩氧化物催化劑快10倍,在常規(guī)催化劑不足的情況下顯示出優(yōu)異的性能。改善歸因于V(IV)的存在,其產生“路易斯酸”(電子接受)位,促進了氮氧化物與氨的反應變成氮。
除了在工業(yè)催化中的實際應用之外,研究小組還希望他們發(fā)現(xiàn)的機制可以作為進一步科學研究的模型系統(tǒng)。
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