作者：天天
选择性催化还原( SCR)控制氮氧化物技术具有高选择性和高效性，是目前应用最为广泛的烟气脱硝技术。目前商业化使用的催化剂多为钒系催化剂V205 - W03( M003 )/Ti02，活性温度区间为300—400CC，温度窗口窄，且窗口温度较高，只适合高温脱硝工艺。因此，开发低温高效的SCR催化剂对烟气脱硝技术具有十分重要的现实意义。过渡金属元素Fe有+3和+2两种价态，具备可变价态是能够发生SCR反应的必要条件，而这又为具备良好的氧化还原能力奠定了坚实的基础。Fe20，的r型和非晶型结构有利于增加催化的比表面积和催
化剂的低温活性。另外铁氧化物( Fe0。)作为助剂加入到催化剂中，能够提升催化剂的脱硝效率，活性温度向低温区拓展，且抗H20抑制和S02中毒的能力大幅增强。
稀土催化材料因具有催化活性高，比表面积大，稳定性好等优点，所以被广泛作为添加剂掺杂到催化剂中，用于提高催化剂的活性。Zhao等发现Ce掺杂后Fe -Mn复合氧化物颗粒分散性提高，比表面积增大，且其氧化还原性能增强。Zhang等研究发现，掺入稀土元素Y能够提高N、Y共掺杂催化剂的催化活性，以及增大其比表面积。Bouattour等研究了Li+ -Rb+ _Y3+共掺杂的光催化剂，发现Y的加入能够提高催化剂光催化活性，其原因在于Y3+能够产生超氧自由基，且可以作为氧的吸附中心，从而促使电子空穴的分离。增多超氧自由基及增大催化剂比表面积，都有利于SCR脱硝反应的进行。笔者采用共沉淀法合成Y掺杂Ce/Fe203催化剂，研究其对Ce/Fe2O3催化剂的低温SCR脱硝活性的影响。
1实验部分
1.1催化剂的制备
采用碳铵一氨水共沉淀法制备掺杂型Y -Ce/Fe2 03(k为Y和Ce物质的量比，k=0/1、1/2、2/1、1/0)催化剂。按照目标配比，将一定量的Y( N03)3.6H：0与硝酸铁、硝酸铈制备成混合溶液，然后将沉淀剂溶液滴加到其中，至沉淀完全。沉淀完成后继续搅拌10 min，直接过滤，并用去离子水洗涤至中性，所得样品于105℃下干燥，然后在马弗炉中于400℃下焙烧Sh得到Y—Ce/Fe2 03催化剂。
1.2催化剂的活性测试
采用固定床装置进行SCR测试。反应气氛组成为：500 ug/g NH3，500 ug/g NO．5% 02，平衡气为N：。催化实验在温度为100~ 400℃，烟气流量为500 mL/min，空速比为50 000 h-1条件下进行，出口气体的NO和N02含量采用德国产ECOM PLC型烟气分析仪检测。
NO。转化率n为：
式中，c
为反应器入口处的氮氧化物体积分数；
为反应器出口处的氮氧化物体积分数。
1.3催化剂的表征
催化剂的XRD测试在德国Bruker公司生产的Advanced D8 X-ray Diffraction Analyzer型衍射仪上进行，以Cu靶为辐射线源，管电压为40 kV，管电流为100 mA，步长为0.1，扫描速率为40/min，20~800扫描。
利用美国Micromeritics Instrument Cororation公司生产的ASAP2020型比表面积及孑L径测定仪测试催化剂的孔径分布、比表面积和比孔容等孔结构参数。首先在2000C下将催化剂真空脱附处理2h，然后以N2为吸附质进行测试；最后利用BET方程计算催化剂的比表面积；参照BJH模型对N2脱附等温线进行分析，得到催化剂的比孔容及孔径分布。
H2程序升温还原（H：-TPR）测试是在氢气程序升温还原吸附仪TP5080（天津先权公司生产）上进行。催化剂装载在U型反应器中，首先升温至300C用N2吹扫1h，然后通人10% H2/N2混合气( 50 mL/min)，以lOo/min的速率程序升温到9000C，同时采集TPR图谱。
2结果与讨论
2.1钇掺杂对铁铈复合氧化物催化剂SCR脱硝性能的影响
不同Y掺杂量对催化剂脱硝效率的影响如图1所示。由图1可见，在100~250C，不同催化剂的活性随着温度的升高均呈上升的趋势；而在250~400℃，催化剂的脱硝活性随着温度的升高逐渐降低。这是因为在300C左右，r-Fe2 03逐渐向更稳定的a -Fe203相转化，而r-Fe：03有利于提高催化剂的低温活性。当a -Fe2 03生成时，铁氧体的比表面积减少，因而影响到微粒的特性，从而其脱硝催化活性降低。由图l还可知，相比于没有掺杂稀土元素Y的Feo，，。Ce。．，00：催化剂，由于Y的掺杂，催化剂的活性都得到了明显提高，同时使催化剂的低温活性增加。但是催化剂脱硝活性并非随Y掺杂量的增加而呈线性增加，与其他Feo．90 Ceo，OI，Y，0：(y= 005，0.07)复合氧化物催化剂相比，Feo．90 Ceo．07Yo.030z催化剂的活性最好，为94.5%。
2.2铁铈钇复合氧化物催化剂表征分析
2.2.1 催化剂的XRD晶相分析
Feo. 90 Ceo. 01一，Y，0：（r=0、0.03、0.05和0.07）系列催化剂的XRD图谱如图2所示。由图2可知，
系列催化剂都未表现出明显的钇氧化物XRD晶格衍射峰，表明铁铈钇复合氧化物中不存在Y203晶相；对比
系列催化剂的XRD图谱可知：
系列催化剂中均未见铁、铈氧化物的XRD衍射峰，可见，利用共沉淀法所制备的催化剂中，所掺杂的钇氧化物与铈、铁活性组分存在相互作用。而这种相互作用会影响复合氧化物的微观孔隙结构，并对钇、铈、铁元素在复合氧化物表面分散性及价态产生重要影响，从而对复合氧化物催化剂的SCR脱硝活性产生影响。
2.2.2 Y添加前后催化剂孔隙结构分析
负载不同质量分数的Y和Ce元素的铁基催化剂的孔隙结构如表1所示。
从表1可以看出，掺杂铈、钇氧化物均会细化铁氧化物的孔径，并提高其比表面积和比孔容；Feo．90 Ceo．100：和Fe0.90 Ce0.07 Yo．03 0：催化剂的比表面积分别为134. 76 m2/g和192. 06 m2/g，分别是纯铁氧化物比表面积的3. 65和5.20倍。可见Y、Ce氧化物能迅速增大铁氧化物的比表面积；但随着Y质量分数的增加，其比表面积有减小的趋势，其中Feo．90 Ceo．07 Yo．030：催化剂表面积最大。
铁铈钇复合氧化物催化剂的N2吸附测试结果如图3所示。由图3(a)可知，铁铈钇复合氧化物催化剂的N：吸附一脱附曲线为Ⅳ类型，存在H：型滞后环。与Feo．90 Ceo．，00：相比，掺杂钇后的铁铈钇复合氧化物催化剂的滞后环闭合点p/p。向左偏移，并且铁铈钇复合氧化物存在大量“墨水瓶”形状结构的介孔，可见，掺杂钇会使铁铈复合氧化物微孔含量增加。
由图3(b)可知，掺杂钇会促使铁铈复合氧化物催化剂的孔径分布曲线峰顶位置向右边偏移，可见，掺杂钇会粗化铁铈复合氧化物的孔径，促使其平均孔径增大（表1所示）；与其他
复合氧化物催化剂相比，
催化剂的孔径分布曲线峰顶位置所对应的孔径最大，为12.6 nm。
综上所述，稀土钇的掺杂能够使铁铈复合氧化物催化剂的比表面积增大，微孔增多，平均粒径增大。根据活性中心理论，大的比表面积能够提供较多的表面活性中心，而在催化剂表面活性中心上会发生催化反应。另一方面，孑L容越大，催化剂微孔内能容纳反应气的体积越大，越有利于SCR反应的进行。
催化剂孔容最大，微孔含量最多，这与SCR脱硝活性测试结果相符合。
2.2.3 催化剂H，-TPR图谱分析
通过H2 -TPR谱图中还原峰峰温的高低，反应催化剂氧化还原能力的强弱，即还原峰温度越低，则催化剂的还原能力越强。铁的氧化物还原顺序为Fe203_Fe304_Fe0，而Fe0被还原为Fe则需要温度达到600℃以上。文献[12]中研究了La -Mn -Ce -O复合氧化物体系的H，-TPR，在500CC以下发现其表现出Ce氧化物的还原峰和Mn氧化物的还原峰。铁铈钇复合氧化物催化剂的H：-TPR图谱如图4所示。
由图4可知，在300~600C，各催化剂均有2个明显的还原峰，与Fe0.90 Ceo．l00。催化剂相比，掺杂Y后的
系列催化剂的H：-TPR 2个还原峰的峰温均向低温移动，说明稀土Y的掺杂能够使催化剂的还原能力增强，其中
催化剂还原峰温度降低最多，即低温还原峰对应的温度降低11 0C，高温还原峰降低29℃。同时，各种催化剂还原峰所对应的温度均不完全相同，查阅文献得知催化剂的还原主要是Fe：03 -+Fe，0。和Fe30。_÷Fe0两个过程的还原。其中，350℃左右的峰对应着催化剂中Ce4+ _O_Ce4+键上表面氧的还原以及Fe203_÷Fe304的还原；550℃左右的峰对应着Fe304一Fe0的还原。
按照还原峰温度从高到低的顺序为：Feo，90 Ceo．03Y0.070:>Fe0.90 Ceo.os Yo.os Oz>Fe0.90 Ceo.07 Y0.03 0z，铁铈钇复合氧化物催化剂脱硝效率的顺序与该顺序表现出高度的相关性。综合以上分析得出，掺杂稀土Y能够提高催化剂的氧化还原性质，即而使催化剂的脱硝活性提高。
3结语
(1)掺杂钇不仅会使铁铈复合氧化物催化剂的中低温SCR脱硝性能得到提高，也会使其完全转化温度窗口得到扩宽。
(2)在铁铈钇复合氧化物催化剂中，掺杂的钇与铁、铈元素存在相互作用，能够细化铁铈复合氧化物的孔径，使其比表面积和比孔容增大，增加其微孔含量，使得催化剂表面活性中心增多，从而使其SCR脱硝活性提高。
(3)掺杂Y后的Feo．90 Ceo．10 -，Y，0：(y=0.03、0. 05和0.07)系列催化剂的H2 -TPR两个还原峰的峰温均向低温移动，而Feo，90 Ceo.07 Yo．030。催化剂还原峰温度降低最多，即低温还原峰对应的温度降低11℃，高温还原峰降低29℃。
4摘要：
采用改进共沉淀法制备稀土Y掺杂的Y -Ce/Fe2 03（^为Ce和Y物质的量比，k=0/1、1/2、2/1、1/0）催化剂。研究掺杂稀土元素Y对催化剂低温脱硝性能的影响，同时通过XRD、BET和H：-TPR等方法对催化剂进行了表征。结果表明，Y的掺杂使催化剂的还原温度向低温方向迁移；能够细化铁铈复合氧化物的孔径，使其比表面积和比孔容增大，增加其微孔含量，使得催化剂表面活性中心增多，有利于催化活性的提高，其中，Y -Ce/Fe2 03(A=1/2)催化剂的低温SCR的脱硝活性最高，为94. 5%。
