Cu-Ce催化剂上CO催化燃烧反应机理研究进展

作者：康润宁,魏小林,宾峰,王子兵

摘要：CO作为大气主要污染物之一,来源较为广泛。工业炉窑、冶金工业以及机动车尾气排放等均会造成CO大量排放,污染环境。催化燃烧技术是公认的有效限制并消除CO的主流技术,可通过引入催化剂的方式实现CO低温高效转化,已在汽车尾气排放、CO优先氧化等低温催化氧化领域形成了产业化应用,且效果显著。Cu-Ce复合氧化物催化剂具有低温高效、寿命长且廉价等优点,成为应用于CO催化燃烧的首选催化剂。综述近年来Cu-Ce体系催化剂上CO催化燃烧反应的研究进展,列举了不同的催化剂制备方法,概括了Cu-Ce催化剂的结构形貌-性能关系与载体-活性组分的强相互作用规律(尺寸效应、界面效应),分析了基于表征技术、原位试验与反应动力学等方法得到的不同反应路径之间的差异,总结出CO催化燃烧微观反应机理。同时根据不同工业废气中CO浓度变化特点,介绍了中国科学院力学研究所高效洁净燃烧课题组近年的相关工作进展,最后对CO催化燃烧反应研究未来发展方向进行了展望。以转炉炼钢过程中产生的转炉放散煤气(CO≤35%)为例,设计制备出低温高效CuCe 0.75 Zr 0.25 O y催化剂,并进一步合成工业级蜂窝陶瓷催化剂,提出了CO自持催化燃烧技术,探究得到宽CO浓度范围(1%~20%)条件下的CO催化燃烧反应规律(诱导阶段、热飞温及热自持阶段),确定了较详细的CO催化燃烧反应路径(M-K和L-H机理)与稳燃机制(贫燃极限、稳燃温度场、换热特性),为转炉放散煤气从所需燃气引燃到自身能量回收利用的双向节能提供切实可行的技术方案。未来CO催化燃烧反应机理研究可从新型高效纳米Cu-Ce催化剂出发,寻找精细的形貌可控催化剂制备方法与规模化生产技术,制得活性位原子利用率高、持久高效的催化剂,采用先进的原位表征试验技术与理论模拟计算方法,深入研究催化剂载体-活性组分相互

发文机构：中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室 中国科学院大学工程科学学院 中国科学院洁净能源创新研究院 华北理工大学冶金与能源学院

关键词：Cu-Ce催化剂CO催化燃烧构效关系反应机理Cu-Ce catalystCOcatalytic combustionstructure-activity relationshipreaction mechanism

分类号： TQ51[动力工程及工程热物理—动力机械及工程]TK470