Insight into the Potassium Poisoning Effect for Selective Catalytic Reduction of NOx with NH3 over Fe/Beta

氮氧化物 催化作用 选择性催化还原 化学 碱金属 路易斯酸 密度泛函理论 吸附 无机化学 物理化学 计算化学 有机化学 燃烧
作者
Jixing Liu,Huifang Cheng,Huiling Zheng,Lu Zhang,Bing Liu,Weiyu Song,Jian Liu,Wenshuai Zhu,Huaming Li,Zhen Zhao
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (24): 14727-14739 被引量:92
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c04497
摘要

Alkali metal poisoning has been a complex yet unresolved issue restricting the catalytic activity of NH3–SCR catalysts in industry to date. Herein, the effect of K deposition on the catalytic activity of Fe/beta catalysts for NH3–SCR of NOx was systematically investigated by a series of experimental characterizations and density functional theory (DFT) calculations. It has been determined that a lower K deposition could activate and facilitate the transfer of electrons and enhance the ratio of Fe2+/Fe3+ and reducible Fe species, thereafter promoting the NO and O2 adsorption and decreasing the activation energy of NO to NO2, and thereby significantly improving the catalytic activity of 0.25% K–Fe/Beta. To the best of our knowledge, this phenomenon has not been reported in the field of exhaust abatement. Nevertheless, excessive K deposition (≥0.50%) can not only occupy the Brönsted acid sites, leading to perceptible aggregation of the active Fe species and an increase in the activation energy for NO oxidation on Lewis acid sites, but also induce the generation of inactive nitrates, blocking the pore structure of the Beta molecular sieve, resulting in the distinctive reduction of catalytic active Fe species, thereby seriously restricting the catalytic performances of 0.50% K–Fe/beta and 1.0% K–Fe/beta catalysts. Thus, this study may shine light on the deep understanding of alkali metal poison during NH3–SCR of NOx and the design of advanced catalysts in heterogeneous catalysis in the future.

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