随着工业化水平的发展,由于化石燃料的燃烧,汽车尾气的排放所造成的大气污染问题日趋严重。氮氧化物(NOX)是主要的大气污染物,可引发酸雨、光化学烟雾等环境问题,破坏地球生态环境并威胁人类的身体健康。选择性催化还原法(SCR)是以外加还原剂还原NOX将其转变为N2和H2O的烟气治理方法。以NH3为还原剂选择性催化还原NOX技术(NH3-SCR)是目前烟气脱硝最有效的方法,NH3-SCR技术主要控制火电厂等固定源的NOX排放。然而,NH3-SCR技术依然有一些不足之处,比如:氨气泄露造成二次污染、腐蚀管道、造成固体颗粒堵塞、结垢积灰、运行成本高等。H2作为还原剂与传统用H2来替代NH3,在经济性上将会是更好的选择。
尖晶石结构的金属氧化物由于其结构上的稳定性,双官能团的氧化还原性以及良好的热稳定性而受到广泛关注。尖晶石化合物的通式是AB2O4,A2+金属离子处在四面体间隙中,而B3+金属离子则处在八面体间隙中。常见的尖晶石化合物是铁氧体尖晶石系列,包括磁铁矿Fe3O4,其催化活性依赖于处在四面体和八面体位点上的阳离子分布以及Fe2+/3+位点的氧化还原性能。某人员发现Mn-Fe尖晶石和Fe-Ti尖晶石具有很好的NH3-SCR活性和N2选择性。过渡元素Ni、Co、Cu存在于尖晶石铁氧体中能够强烈修饰其化学稳定性和氧化还原特性,而镍又因稳定性和再生性良好常作为加氢催化剂的活性组分。
目前用于H2-SCR工艺的催化剂是负载型的Pt、Pd等贵金属催化剂,但是贵金属价格昂贵是限制其工业化的主要因素之一。与贵金属催化剂相比,NiFe2O4尖晶石型催化剂价格低廉,制备方法简便,具有良好的应用前景。在一些特殊的化工生产过程中所产生的工艺废气含有大量的氮氧化物而不含氧气,比如催化剂生产过程中由于硝酸盐分解所产生的废气。