超氧自由基在氟掺杂催化剂上的形成机理及其在低温SCR脱硝中的演化

以燃煤烟气脱硝为研究对象，采用低温选择性催化还原（SCR）方法，进行氟掺杂催化剂上超氧自由基形成机理及其在低温SCR脱硝中的演化规律研究。针对目前低温SCR催化剂研究思路的局限性，在增加超氧自由基以强化催化剂低温SCR活性的思路引导下，制备出氟掺杂氧化钒/氧化钛催化剂。前期研究结果表明，氟掺杂使催化剂表面呈现更多超氧自由基，使催化剂的活性得到较大提高，验证了新思路可行。在此基础上本项目借助电子顺磁共振（EPR）等多种光谱表征技术，系统研究氟掺杂对超氧自由基特性的调控，阐明超氧自由基的形成机理；采用EPR在线分析技术，深入研究超氧自由基在反应初期反应物的吸附和低温SCR反应中的促进作用及其特性变化，以及研究超氧自由基在反应结束后的再生及其活性，揭示超氧自由基在低温SCR脱硝中的反应、消亡及再生等演化规律，为非金属掺杂制备新型SCR脱硝催化剂提供理论依据，促进高效低耗脱硝新工艺技术的研发。

针对高效的氟掺杂氧化钒/氧化钛SCR脱硝催化剂，本项目从超氧自由基在氟掺杂氧化钒/氧化钛催化剂上的形成机理、超氧自由基在低温SCR反应初期反应物吸附过程中的作用及其特性变化、超氧自由基在低温SCR反应过程中的促进作用及其特性变化以及超氧自由基在低温SCR反应结束后的再生及其活性等方面，对超氧自由基在氟掺杂催化剂上的形成机理及其在低温SCR脱硝中的演化展开了系统研究。通过研究，探明了超氧自由基产生于催化剂的氧空位处，且F掺杂的作用在催化剂载体的煅烧阶段产生；阐述了催化剂表面NO或NH3与O2共吸附的“两步骤”过程机制，及H2O和SO2对“两步骤”的影响；解析出超氧自由基在各反应气氛下对脱硝反应的促进作用机制和各气氛对超氧自由基的稳定以及抑制的变化规律；探究了吸附在催化剂表面Lewis酸的NH3能够促进超氧自由基的再生，并使其数量和活性完全恢复的过程机制。本项目为为非金属掺杂制备新型SCR脱硝催化剂提供理论依据，促进了新型低耗脱硝新工艺技术的研发。