SO2-Tolerant Selective Catalytic Reduction of NOx over Meso-TiO2@Fe2O3@Al2O3 Metal-Based Monolith Catalysts

介孔材料 材料科学 氮氧化物 催化作用 整体 热分解 选择性催化还原 化学工程 选择性 吸附 分解 纳米技术 无机化学 化学 燃烧 物理化学 有机化学 工程类
作者
Lupeng Han,Min Gao,Jun‐ya Hasegawa,Shuangxi Li,Yongjie Shen,Hongrui Li,Liyi Shi,Dengsong Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (11): 6462-6473 被引量:215
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b00435
摘要

It is an intractable issue to improve the low-temperature SO2-tolerant selective catalytic reduction (SCR) of NO x with NH3 because deposited sulfates are difficult to decompose below 300 °C. Herein, we established a low-temperature self-prevention mechanism of mesoporous-TiO2@Fe2O3 core-shell composites against sulfate deposition using experiments and density functional theory. The mesoporous TiO2-shell effectively restrained the deposition of FeSO4 and NH4HSO4 because of weak SO2 adsorption and promoted NH4HSO4 decomposition on the mesoporous-TiO2. The electron transfer at the Fe2O3 (core)-TiO2 (shell) interface accelerated the redox cycle, launching the "Fast SCR" reaction, which broadened the low-temperature window. Engineered from the nano- to macro-scale, we achieved one-pot self-installation of mesoporous-TiO2@Fe2O3 composites on the self-tailored AlOOH@Al-mesh monoliths. After the thermal treatment, the mesoporous-TiO2@Fe2O3@Al2O3 monolith catalyst delivered a broad window of 220-420 °C with NO conversion above 90% and had superior SO2 tolerance at 260 °C. The effective heat removal of Al-mesh monolithcatalysts restrained NH3 oxidation to NO and N2O while suppressing the decomposition of NH4NO3 to N2O, and this led to much better high-temperature activity and N2 selectivity. This work supplies a new point for the development of low-temperature SO2-tolerant monolithic SCR catalysts with high N2 selectivity, which is of great significance for both academic interests and practical applications.
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