新催化劑可在較低溫度下去除氮氧化物污染物

東京城市大學的科學家已經(jīng)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(yīng)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(chǎn)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(guān)鍵技術(shù)是通過選擇性催化還原(SCR)與氨反應(yīng)，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(zhuǎn)化為氮，并已成功地應(yīng)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(dǎo)致將設(shè)備放置在靠近發(fā)電廠的鍋爐的位置，在這些設(shè)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(lǐng)導(dǎo)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(zhuǎn)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(chǎn)生“路易斯酸”(電子接受)位，促進了氮氧化物與氨的反應(yīng)變成氮。

除了在工業(yè)催化中的實際應(yīng)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)。