改性MnOx-CeO2-γ-Al2O3的SCR催化劑低溫脫除燃煤煙氣中NO的性能研究.pdf

1、我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國之一，大量煤炭資源使用給我國帶來了日益嚴重的環(huán)境污染問題。對燃煤電廠排放的有害物質(zhì)進行綜合控制，已成為保持能源與環(huán)境可持續(xù)和諧發(fā)展亟待解決的問題之一。繼我國對SO2的排放實施重點控制之后，國家在“十二五”期間已將NOx的排放作為重點控制目標之一。針對目前我國燃煤電廠NOx排放普遍大幅超標現(xiàn)狀，對燃煤電廠的NOx排放進行控制已經(jīng)刻不容緩，加大科技力度，有效地控制 NOx排放已是燃煤電廠一項十分緊迫的任務

2、。針對低溫SCR催化劑進行深入研究，對開發(fā)我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的煙氣脫硝技術(shù)具有重要意義。
　　本文在前期對MnOx-CeO2/γ-A12O3催化劑研究的基礎上，分別添加了三種不同的活性組分（Zr，F(xiàn)e和Ag）對催化劑進行改性，使催化劑在低溫脫硝活性和抗SO2/H2O中毒能力等方面得到了有效改善。論文從以下幾個方面對改性低溫 SCR催化劑開展了研究：
　　在固定床反應器上對改性催化劑的低溫脫硝性能、抗SO2/H2O中毒能力和

3、NO/NH3的吸附氧化性能進行了詳細研究。結(jié)果表明，低溫條件下，三種催化劑均在150℃下達到或超過了70％的脫硝效率，并在溫度升高到250℃時達到或超過了95%。O2通入后可以迅速吸附在催化劑表面并補充消耗的表面活性氧并促進脫硝活性的迅速提高。三種催化劑均具有良好的適應空速變化和良好的抗SO2/H2O中毒能力。暫態(tài)實驗表明，NO在Mn-Ce-Zr和Fe-Mn-Ce催化劑表面應該是以氣態(tài)形式直接參與反應，而在Ag-Mn-Ce催化劑表面則可

4、以先吸附再參與反應；而NH3均會先吸附在催化劑表面再參與反應。
　　利用多種表征手段對脫硝反應前后的催化劑進行結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果表明，三種催化劑均具有較大的比表面積和良好的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，不同溫度下的脫硝反應并沒有造成催化劑的燒結(jié)或失活。XRD測試表明三種催化劑中MnOx應該在催化劑表面高度分散或形成了微小的團簇結(jié)構(gòu)。XPS分析表明三種催化劑中均出現(xiàn)了各種不同價態(tài)的活性組分的共存，而價態(tài)的變化有利于氣體分子的吸附與反應。NH3-TPD結(jié)果

5、表明三種催化劑表面均以弱酸性位為主。NO-TPD結(jié)果表明NO在三種催化劑表面吸附以亞硝酸鹽和不穩(wěn)定硝酸鹽為主。
　　利用原位紅外技術(shù)探討了NO/NH3在三種催化劑表面的吸附特性和反應機理。結(jié)果表明，150℃下NO在三種催化劑表面吸附可以形成多種不同的硝酸鹽和亞硝酸鹽，O2的加入有利于催化劑表面穩(wěn)定性較高的硝酸鹽的形成。150℃下NH3在三種催化劑表面吸附主要以Lewis酸性位上的配位態(tài)NH3以及分解的-NH2基團為主，O2可以促進

6、NH3的氧化和在Lewis酸性位上的吸附。對于NO與NH3在催化劑表面的反應，一般預吸附的不穩(wěn)定硝酸鹽（單齒、直線和部分橋式硝酸鹽）可以與吸附的NH3發(fā)生反應，而參與反應的NH3則以吸附在Lewis酸性位上的配位態(tài)NH3為主。然而，NO在不同催化劑表面上的吸附形式不同也造成了最終的SCR脫硝反應機理的不同。
　　利用密度泛函理論研究了Mn-Ce-Zr催化劑中各種活性組分在 NO/NH3吸附反應過程中的作用。對于負載MnO2的γ-A

7、12O3(110)表面，NO分子可以以不同的亞硝酸鹽和亞硝?；男问轿皆贛nO2的周圍。O2的吸附可以促進NO以橋式硝酸鹽或亞硝酸鹽的形式吸附。NH3分子則更容易以配位態(tài)NH3的形式吸附在Mn和Al原子的頂位上。Mn2O3分子負載在(110)表面上容易轉(zhuǎn)化為 MnO2分子并促進 O2的吸附與分解。Ce或Zr在(110)表面的摻雜所形成的氧空穴位有利于O2分子的吸附與分解。
　　利用密度泛函理論建立了代表Mn-Ce-Zr催化劑的局