Ngoài hơi nước, trong thành phần khí thải còn chứa nhiều cấu tử có thể gây đầu độc xúc tác. Trong đó phải kể đến các hợp chất chứa lưu huỳnh, tồn tại chủ yếu ở dạng SO2. Hiện nay chưa có xúc tác oxi hóa đồng thời hỗn hợp CO và hydrocacbon trong môi trường có SO2 đạt hiệu quả cao. Các xúc tác oxit sắt, oxit crom, oxit crom – thiếc và oxit sắt - crom mặc dù có mức oxi hóa SO2 cao nhưng tương tự xúc tác vanadi các xúc tác này có hiệu quả kém trong oxi hóa CO và hydrocacbon ở nhiệt độ thấp . Lưu huỳnh trong các nhiên liệu khi cháy bị oxi hóa thành SO2, có thể được lưu giữ không chỉ trên chất mang mà còn cả trên các pha hoạt động. Trong trường hợp đó, chất xúc tác bị mất hoạt tính nhanh và không có khả năng hồi phục. Sự hấp phụ các sản phẩm phản ứng cũng làm giảm bề mặt hoạt động của các chất xúc tác. Xúc tác platin bị đầu độc thuận nghịch bởi CO và CS2, nhưng bị đầu độc bất thuận nghịch bởi H2S và PH3 và platin bị mất hoạt tính vĩnh viễn .
Trong điều kiện phản ứng oxi hóa, có một vài cơ chế đầu độc của lưu huỳnh có thể xảy ra như sau:
− Cơ chế đầu tiên là phản ứng của SO2 với O2 tạo thành SO3 ở nhiệt độ từ 300 – 350oC, sau đó SO3 tạo ra kết hợp với oxit kim loại thành muối sunfat, tạo khối bao quanh các tâm hoạt động, làm chất xúc tác bị mất hoạt tính nhanh chóng và là quá trình không thuận nghịch. Theo tác giả , khi tiến hành thí nghiệm ở 300oC có SO2
trong dòng nguyên liệu, đối với các chất xúc tác Al2O3, Pd/γ-Al2O3, Pt/γ-Al2O3 thì sự ngộ độc giảm dần theo thứ tự: Pt > Pd > Al2O3. Theo tác giả , ảnh hưởng của SO2
lên các xúc tác Pt và Pd trong quá trình oxi hóa propan là đối lập nhau. Sau quá trình hình thành sunfat hoạt tính xúc tác trên Pt/γ-Al2O3 tăng và không thay đổi trên Pt/ZrO2. Trái ngược với Pt, sự hình thành sunfat đầu độc cả Pd/γ-Al2O3 và Pd/ZrO2. Tương tự, theo tác giả , SO2 làm mất hoạt tính của xúc tác Pd/Al2O3 trong quá trình khử N2O và không có khả năng hồi phục. Theo tác giả , quá trình oxi hóa CO và C3H6 trên xúc tác Pd/β−zeolite cho thấy xúc tác bị mất hoạt tính hoàn toàn khi tiếp
xúc với SO2, sau khi loại bỏ dòng SO2 ra khỏi nguyên liệu, xúc tác không có khả năng hồi phục. Nguyên nhân là do SO2 (hoặc − SO4) hấp phụ hóa học lên tâm hoạt động Pd gây mất hoạt tính hoàn toàn.
− Cơ chế thứ hai là sự hấp phụ của SO2 hoặc SO3 lên các tâm hoạt động ở nhiệt độ thấp, nó sẽ che phủ bề mặt xúc tác, ngăn cản sự hấp phụ của tác chất lên tâm hoạt động. Sự đầu độc này là thuận nghịch vì khi nâng nhiệt độ, các khí này sẽ được giải hấp khỏi các tâm hoạt động của xúc tác . Theo tác giả , trong môi trường có SO2 với nồng độ 0,06 và 0,147 %mol, các hệ xúc tác CuO và CuO + Cr2O3 mang trên γ-Al2O3 đều bị mất hoạt tính oxi hóa CO ngay những phút đầu làm việc. Có thể cho rằng, trong trường hợp này, phản ứng oxi hóa CO xảy ra trên các tâm hoạt động nằm trên ranh giới tiếp xúc giữa kim loại (Cu, Cr) và chất mang γ-Al2O3 và SO2 hấp phụ lên các tâm đó. Khi có mặt CeO2 xúc tác có khả năng làm việc trong môi trường có SO2, do khi có CeO2 trong thành phần xúc tác, trong môi trường với hàm lượng SO2 thấp thì SO2 sẽ kết hợp với CeO2 tạo Ce(SO4)2, còn với hàm lượng cao thì SO2 sẽ kết hợp với Al2O3 tạo muối sunfat Al2(SO4)3 và ở nhiệt độ cao hơn thì các muối sunfat trên sẽ bị phân hủy và hoạt tính của xúc tác sẽ được khôi phục, nhưng khả năng tồn trữ và cung cấp oxi của CeO2 không được phục hồi như ban đầu.
Theo tác giả , khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của SO2 trên các chất xúc tác Pd trên chất mang Ce, Al và Ce – Zn, xúc tác Pd/Al2O3 có độ chuyển hóa CO trước và sau khi tiếp xúc với dòng SO2 không thay đổi nhiều. Đối với xúc tác Pd/CeO2 thì có sự giảm nhẹ hoạt tính xúc tác sau khi tiếp xúc với dòng SO2. Do đó, SO2 đầu độc cả 2 xúc tác theo tỉ lệ tương đương nhau. Tiếp tục khảo sát trong môi trường có hơi nước và SO2 trên xúc tác Pd/Ce−Zn, độ chuyển hóa giảm mạnh khi tiếp xúc với dòng tạp chất, điều đó chứng tỏ có sự hình thành sunfat trên bề mặt xúc tác, đặc biệt trên các thành phần chứa oxi. Sự đầu độc tạp chất lưu huỳnh ngăn Ce chuyển oxi đến bề mặt kim loại, SO2 tương tác với Ce và chuyển thành dạng sunfat trên bề mặt ngăn chặn quá trình oxi hóa khử của Ce. Ngộ độc xúc tác có thể tái tạo lại trạng thái
hoạt động ban đầu nhưng phải trên 677oC trong dòng không khí. Chất xúc tác được kích hoạt lại ở nhiệt độ thấp hơn nhưng không dưới 427oC.