N2O分解催化剂的研究进展
张 兵1，章小林2，李小定1，2
（1.江汉大学湖北省化学研究院，湖北 武汉430074； 2.华烁科技股份有限公司，湖北 武汉430074）
［摘 要］介绍了催化分解N2O最主要的几类催化剂的研究进展，包括贵金属催化剂、金属氧化物催化剂以及分子筛催化剂等，并分析了不同类型催化剂的优缺点以及存在的主要问题。最后，展望了N2O分解催化剂的未来发展趋势。
［关键词］ N2O；催化分解；催化剂；研究进展
［中图分类号］TQ 126.2+4 ［文献标志码］B ［文章编号］ 1004-9932（2015）
0 引 言
N2O是一种主要的温室气体，对臭氧层有严重破坏作用，通常认为，目前大气温室气体成分中，对于地球变暖的贡献程度，N2O仅次于CO2和CH4。然而，由于N2O在对流层中平均寿命长达120 a，极其稳定，它的温室效应是CH4的21倍，CO2的310倍［1－2］。随着环保意识的不断提高，以及环保法规越来越严格，对N2O进行无害化处理十分重要，其中最有效的方法就是在催化剂的作用下将N2O分解成N2、O2。因此，生产稳定性好、活性高的N2O分解催化剂势在必行；加强此方面的研究工作，具有重要的理论意义和实际应用价值。对N2O分解催化剂的研究，主要集中在贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和分子筛催化剂等方面，下面分别介绍。
1贵金属催化剂
贵金属催化剂主要包括 Pt、Pd、Rh 和 Au催化剂等，属研究工作开展较早的一类催化剂。通常，贵金属以离子态或单金属的形式负载在氧化锆、氧化硅、氧化铝等多孔载体材料上。贵金属催化剂一般具有较高的低温催化活性，早在上世纪70年代，就已在汽车尾气净化领域得到广泛应用［3］。
Haber等［4－5］研究了Rh/Al2O3催化剂添加碱金属（Li、Na、K、Cs）后的活性。研究结果表明：Rh的分散度因碱金属的添加而受到影响，进而催化剂的活性也受到影响；助剂的种类不同，对催化剂活性的改善作用也不一样。随着Na和Li添加量的增加，催化剂的活性会呈现出先增加后迅速减小的趋势；然而，对于K和Cs等助剂来说，催化剂的活性却随着助剂量的增加而增加，随后达到一个常数。
另外，Tzitzios等［6］研究发现，5%Ag/γ-Al2O3催化剂在340 ℃时N2O的转化率为80％，其活性在添加Pd后显著提高，在添加Au或Pt后却反而下降；0.2%Ru/γ-Al2O3催化剂在470 ℃、有水蒸气存在的条件下，N2O的转化率为86%。
最近几年，Au作为催化剂已开始应用于CO的低温氧化和一些液相氧化反应［7］，但是在催化分解N2O的研究领域却少有报道［8］。然而，Au在CO氧化反应中具有较高的低温活性，且由于Au与氧原子之间的弱相互作用而使其具备优良的的耐水、耐氧性能。根据此特性，负载适量的Au粒子于钴铝氧化物的表面，有可能使催化剂表面对氧物种的吸附强度减弱，从而提高催化剂对N2O的催化分解活性。徐晓玲等［9］选用钴铝类水滑石作为载体，通过离子交换法制得钴铝复合氧化物负载Au催化剂，评价结果表明，t50%=380 ℃、t100%=450 ℃，且在制备过程中加入钠离子会显著提高Co3+的还原性和低温催化活性，使t 50%=330 ℃。
上述研究证明了贵金属催化剂具有良好的催化活性，但该类催化剂具有适用温度范围较窄、成本太高且易中毒等显著缺点。
更多内容请见《中氮肥》2015年第2期