TiO2负载MnV2O6催化剂在NH3-SCR脱硝反应中增强抗钾、水及二氧化硫性能的机理研究

为解决商用V2O5-WO3/TiO2催化剂低温活性差、易被碱金属毒化的问题，研究人员通过水热法制备了TiO2负载MnV2O6催化剂（5wt%MnV2O6/TiO2）。该催化剂在200-340°C保持90%以上NO转化率，且对K、H2O和SO2表现出卓越抗性。研究发现K优先与TiO2相互作用，保护MnV2O6活性位点，为设计高抗碱金属毒化SCR催化剂提供了新思路。

　　

氮氧化物（NO_x）是导致酸雨、光化学烟雾等环境问题的主要污染物，选择性催化还原（NH₃-SCR）技术是当前最有效的治理手段。然而商用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂存在低温活性不足、易被烟气中碱金属毒化的缺陷。更棘手的是，实际工况中SO₂和H₂O的共存会进一步加剧催化剂失活。针对这一难题，来自中国的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，通过将MnV₂O₆负载于TiO₂载体，成功开发出兼具优异低温活性和抗毒化性能的新型催化剂。

研究采用水热法合成MnV₂O₆晶体，通过浸渍法将其负载于TiO₂制备系列催化剂（3-7wt%）。运用X射线衍射（XRD）、NH₃-程序升温脱附（NH₃-TPD）、H₂-程序升温还原（H₂-TPR）等技术表征材料性质，结合原位红外光谱（in situ DRIFTS）分析反应机理，并通过模拟烟气条件评估抗毒化性能。

催化活性测试显示：5wt%MnV₂O₆/TiO₂在160-390°C实现90%以上NO转化率，经1wt% K毒化后仍保持该性能，而纯MnV₂O₆催化剂在相同条件下活性下降40%。表征分析揭示：TiO₂载体通过锚定K⁺保护MnV₂O₆表面结构，维持Mn²⁺/Mn³⁺和V⁴⁺/V⁵⁺氧化还原循环；比表面积提升至纯相的2.3倍，酸性位点数量增加促进NH₃吸附活化。抗干扰实验证实：在210°C、100ppm SO₂和5vol% H₂O共存条件下，催化剂仍保持96%的NO转化率。

该研究阐明了TiO₂载体通过物理隔离和电子调控双重机制增强抗碱金属毒性的机理，为开发适应复杂烟气环境的SCR催化剂提供了新策略。特别值得注意的是，MnV₂O₆/TiO₂催化剂中适度的氧化能力有效平衡了NH₃活化与N₂选择性之间的矛盾，这一发现对设计新一代低温脱硝催化剂具有重要指导意义。研究获得国家自然科学基金（22076040）和山东省自然科学基金（ZR2023QB059）支持，相关技术已显示出良好的工业化应用前景。