新型铯钒催化剂实现二氧化硫低温高效氧化制硫酸

《Results in Chemistry》：Cesium?vanadium catalyst with excellent low-temperature catalytic activity for the oxidation of sulfur dioxide to sulfuric acid

为解决传统钒基催化剂低温活性差、制备工艺复杂等问题，研究人员开发了一种超声辅助纯水溶剂法制备的铯钒催化剂。该催化剂在410°C实现64%的SO2转化率，平均径向强度达116 N/cm，为硫酸生产工艺提供了新方案。

　　

在硫酸工业中，二氧化硫（SO₂）催化氧化是关键步骤，而传统钒基催化剂在低温条件下活性不足，导致排放尾气中SO₂浓度超标。现有制备工艺存在活性组分分布不均、需酸碱中和等问题。针对这些挑战，朱梦雅等人通过创新性的超声辅助纯水溶剂法，成功开发出具有优异低温活性的铯钒催化剂，研究成果发表于《Results in Chemistry》。

研究团队采用改良的混合研磨-挤出成型技术，以纯水为溶剂替代传统酸碱溶液，结合超声空化效应实现活性组分均匀分散。通过硅藻土载体预处理、铯盐掺杂优化活性位点，利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附等技术系统表征催化剂结构，并通过固定床微反应器评价催化性能。

微观形貌表征显示，超声处理使钒物种粒径从47μm降至2μm，能量色散X射线光谱（EDS）证实各元素均匀分布。相结构分析表明铯的引入形成了Cs₄V₂O₇等活性相，并能抑制低价态钒物种生成。催化剂比表面积提升21%至2.3 m²/g，孔隙率53%，平均孔径约600nm。

催化性能测试发现，基于350°C预煅烧硅藻土的催化剂在410°C实现64%的SO₂转化率，较未处理载体提升近一倍。氨程序升温脱附（NH₃-TPD）显示预处理催化剂具有更丰富的弱酸性和中强酸性位点。径向强度测试表明平均刚度达116 N/cm，远超行业标准。

机理研究表明，拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）证实铯的掺杂促进单核钒向二聚体活性结构转化，并能稳定五价钒状态。反应后检测到焦硫酸盐（S₂O₇^2?）和V=O等关键活性物种特征峰。

该研究通过绿色制备工艺成功开发出高性能铯钒催化剂，其优异的低温活性和机械强度为硫酸工业的节能减排提供了新技术路径。超声辅助纯水溶剂法避免了酸碱使用，简化了生产工艺，具有重要的工业应用价值。