调控制备方法对MnCeOx催化剂低温脱硝及抗H2O+SO2性能的机制研究

为解决传统钒基催化剂低温脱硝活性不足及抗H2O/SO2性能差的问题，研究人员通过柠檬酸溶胶-凝胶法（CA）、水热法（HT）和共沉淀法（CP）制备MnCeOx催化剂，系统比较其NH3-SCR性能。结果表明，CA法制备的MnCeOx-CA在175oC下NOx转化率达84%，且抗H2O+SO2性能优异，为低温脱硝催化剂设计提供实验依据。

　　

随着全球工业化进程加速，大气污染问题日益严峻，其中氮氧化物（NO_x）作为主要污染物之一，对环境和人体健康构成严重威胁。氨选择性催化还原（NH₃-SCR）技术因其高效性成为工业烟气脱硝的主流方案。然而，传统钒基催化剂在低温条件下（<200^oC）活性受限，且易受烟气中H₂O和SO₂的毒化影响，难以满足非电行业超低排放需求。这一技术瓶颈促使研究者将目光转向锰铈（MnCeO_x）复合氧化物催化剂——锰物种的多价态特性赋予其优异的低温氧化还原能力，而铈物种（CeO₂）的氧存储功能（OSC）和Ce⁴⁺/Ce³⁺循环可协同提升催化活性。但现有研究多聚焦单一制备方法，缺乏系统比较不同合成策略对催化剂结构-性能关系的调控机制。

针对这一科学问题，重庆市北碚区科技局等机构的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，通过三种典型方法（柠檬酸溶胶-凝胶法CA、水热法HT、共沉淀法CP）制备MnCeO_x催化剂，结合多尺度表征与反应动力学分析，揭示了制备方法对催化剂微观结构及反应路径的差异化调控规律。研究采用N₂吸脱附、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）、X射线光电子能谱（XPS）等技术分析催化剂理化性质，并利用原位漫反射红外傅里叶变换光谱（in situ DRIFTS）追踪表面反应中间体。

催化性能
活性测试显示，三种催化剂在50–275^oC均呈现火山型曲线趋势，其中CA法制备的MnCeO_x-CA在175^oC时NO_x转化率达84%，显著优于HT法（72%）和CP法（68%）。在含10% H₂O和100 ppm SO₂的苛刻条件下，MnCeO_x-CA仍能维持35%的稳定转化率，而另两种催化剂活性几乎完全丧失。

结构表征
XRD分析表明，MnCeO_x-CA形成低结晶度的Mn-O-Ce固溶体，这种无序结构源于柠檬酸强配位作用抑制晶粒生长。XPS证实其表面吸附氧（O_α）比例高达38.2%，且Mn⁴⁺/Mn³⁺比值（1.52）显著高于其他样品，这与其优异的氧化还原性能直接相关。H₂-TPR显示MnCeO_x-CA的还原峰温最低（238^oC），表明其氧迁移能力最强。

表面酸性及反应机制
NH₃-TPD与in situ DRIFTS联用揭示，MnCeO_x-CA富含Br?nsted酸位点（B酸），能高效活化吸附NH₃形成NH₄⁺物种。反应过程中同时检测到单齿硝酸盐（monodentate nitrate）和桥式硝酸盐（bridged nitrate）中间体，证实其遵循Eley-Rideal（E-R）和Langmuir-Hinshelwood（L-H）双机制协同路径。

结论与意义
该研究阐明CA法通过柠檬酸配位效应构建Mn-O-Ce固溶体结构，优化表面氧物种分布和酸性位点，是提升低温活性和抗毒性能的关键。这一发现为设计高效抗毒MnCeO_x催化剂提供明确指导：调控制备方法可定向优化催化剂表面特性（如氧空位浓度、酸类型），进而影响NH₃活化路径。论文通讯作者Xiaojiang Yao团队指出，未来研究可进一步探索有机添加剂分子结构与催化剂性能的构效关系，推动低温脱硝技术的工业化应用。