钾盐毒化对CeMnOx催化剂烧结烟气CO催化氧化性能的影响机制及工业应用策略

针对钢铁行业烧结烟气中钾盐毒化导致CeMnOx催化剂CO氧化活性降低的问题，研究人员通过模拟KCl、K2 SO4 和KNO3 污染，结合XRD、XPS等多尺度表征技术，揭示了钾盐通过削弱Mn/Ce氧化物氧化还原性能、减少氧空位并阻碍碳酸盐中间体转化的毒化机制，提出高温区（>200°C）工业部署策略，为钢铁行业CO减排提供理论支撑。

　　

钢铁行业作为大气污染排放的主要来源之一，其烧结工序产生的烟气中含有高达5000-10000 ppm的CO，对人体健康和生态环境构成严重威胁。尽管SO₂
和NOx的超低排放技术已趋成熟，但CO的高效脱除仍是实现钢铁行业全面超低排放的"最后一公里"。烧结烟气的复杂性在于其富含碱金属钾盐，这些物质会通过物理堵塞和化学中毒双重途径使催化剂失活。然而，现有研究多聚焦于钾盐对SCR脱硝催化剂的影响，对CO催化氧化体系的毒化机制尚不明确。为此，中国研究人员在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，系统揭示了钾盐对CeMnOx催化剂的结构-活性影响规律。

研究团队采用共沉淀法制备CeMnOx催化剂，通过湿法浸渍模拟KCl、K₂
SO₄
和KNO₃
污染，结合X射线衍射（XRD）、N₂
吸附-脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、程序升温还原（H₂
-TPR）、程序升温脱附（O₂
-TPD/NH₃
-TPD）及原位漫反射红外光谱（DRIFTS）等表征手段，构建了钾盐毒化作用的多维度评价体系。

催化剂制备与活性评价显示，钾盐显著抑制低温活性（<200°C），毒化程度依次为KCl > KNO₃

K₂
SO₄
，但在高温区（>200°C）仍保持较高活性。表征分析表明：钾物种通过与表面吸附氧形成强键合，降低Ce³⁺
/Mn⁴⁺
比例（XPS证实从1.43降至1.05）和化学吸附氧含量（O₂
-TPD显示α氧峰面积减少42%），导致氧空位浓度下降；NH₃
-TPD证实不同阴离子会生成特性各异的布朗斯特酸位（Br?nsted acid sites），其中SO₄
^2-
和NO₃
^-
衍生的新酸位可部分抵消K⁺
的毒化作用。原位DRIFTS追踪发现钾盐阻碍碳酸盐中间体的吸附转化，但意外增强晶格氧迁移率（H₂
-TPR还原峰向低温移动35°C），促使反应路径从Langmuir-Hinshelwood（L-H）机制向Mars-van Krevelen（MvK）机制转变。

结论与讨论指出，该研究首次阐明钾盐阴离子通过调控表面酸性位分布差异化影响毒化效率的机制，突破传统仅关注阳离子效应的认知局限。提出的高温区（如SCR脱硝装置下游）催化剂部署策略，既规避钾盐的低温毒化效应，又利用其促进晶格氧活性的特性，为钢铁行业CO减排提供了创新性解决方案。该成果不仅完善了非贵金属催化剂毒化理论，更推动CeMnOx催化剂从实验室走向工业化应用，对实现"双碳"目标下的钢铁行业绿色转型具有重要实践意义。