一種新型Mn-Fe-AS催化劑上NH3低溫選擇性催化還原NO的性能研究.pdf

1、目前，富氧條件NH3-SCR技術已經(jīng)在固定源NOx的催化凈化中得到了實際應用，而且不久將會在我國移動源NOx的脫除中得到普遍運用。在NH3-SCR催化劑體系中，研究的較多的主要是微孔分子篩負載貴金屬和過渡金屬的催化劑，比如ZSM-5、MOR、BEA、FER等等。介孔材料載體最近幾年發(fā)展較快，相比較于微孔分子篩，SBA-15介孔材料由于其具備較大的孔徑、比表面積、高水熱穩(wěn)定性等特點，已引起了人們的關注。然而純SBA-15缺乏酸性，使得其在

2、脫硝領域的運用受到限制。本文通過一步法將Al金屬原位合成到SBA-15的骨架結構上，達到改性的目的。然后選擇具有良好低溫催化活性的Mn為活性組分，以改性的Al-SBA-15為載體，制備了一系列Mn/AS分子篩催化劑，考察了Mn含量、焙燒溫度等對其SCR催化活性的影響。然后摻雜Fe對其改性，探討催化劑的結構、表面物種、氧化還原性能對催化劑活性的影響，旨在尋求一種新型的具有較好低溫活性且活性溫度窗口較寬的柴油車尾氣NO凈化催化劑。
　

3、　首先，本文采用一步合成法制備了Al-SBA-15介孔材料。并考察了前驅(qū)體反應溫度，溶液pH值，不同硅鋁比等條件對改性介孔材料Al-SBA-15合成的影響。結果表明，當反應溫度為40℃、溶液pH值為1.5、硅鋁比為20時，能夠較好的合成具有介孔結構的Al-SBA-15材料。
　　然后選取了乙酸錳作為前驅(qū)物，乙醇為溶劑，采用浸漬法制備了一系列Mn/AS催化劑，并考察了Mn含量、不同硅鋁比的AS載體、焙燒溫度對Mn/AS催化劑SCR脫

4、硝性能和物理結構、Mn氧化態(tài)、表面元素濃度等的影響。在這一系列催化劑中，硅鋁比為20、Mn含量為10％、300℃焙燒的催化劑展現(xiàn)出最好的脫硝性能，在210～360℃反應溫度窗口內(nèi)催化活性高于95％。
　　我們對其進行了相關表征，結果表明:Mn含量對催化劑的物理結構影響較大，當Mn含量高達20％時，催化劑的比表面積、孔徑、孔容積急劇下降，催化劑的介孔結構受到一定程度上的破壞。硅鋁比的不同影響了催化劑的SCR脫硝性能，隨著鋁含量的增加

5、，NOx轉化率出現(xiàn)一定程度的增加，尤其表現(xiàn)在最高轉化率方面，當Si/Al≤20后，催化劑的NOx轉化率基本保持不變，通過紅外測試說明了鋁已經(jīng)形成于載體的骨架結構中。不同溫度焙燒的催化劑，其表面的金屬活性組分在氧化態(tài)、元素濃度方面發(fā)生了較大的變化，影響了催化劑的脫硝性能。通過XPS分析，所有催化劑中Mn活性物種都存在著Mn2O3和MnO2，但是各自含量不同。當催化劑在200～300℃焙燒時，催化劑表面Mn活性組分主要以+4價的MnO2存在

6、，當其在400～500℃焙燒時，催化劑表面Mn活性組分則主要以+3價的Mn2O3為主，說明了催化劑Mn物種存在的狀態(tài)與焙燒溫度的高低有關。同時在此基礎上分析了催化劑反應前后結構的變化，通過TEM和XPS表征手段分析得出催化劑在高溫反應一段時間后其介孔結構有序度有一定程度上的減弱，Mn物種發(fā)生了團聚，且其不同活性物種含量發(fā)生了改變，這可能是其二次活性下降的部分原因。
　　最后，在前期Mn/AS催化劑的基礎上，引入了過渡金屬Fe活性組

7、分制備了Mn/AS、Fe/AS、Mn-Fe/AS等催化劑，通過N2吸附-脫附、XRD、XPS和H2-TPR表征手段，研究了Fe摻雜對Mn/AS催化劑的結構性質(zhì)、化學性質(zhì)和低溫脫硝性能的影響。同時對該催化劑的壽命、抗水抗硫能力進行了相關測試。結果顯示，當Mn/AS催化劑添加Fe后，其SCR低溫NO轉化率有了明顯的上升，300℃焙燒的Mn-Fe/AS催化劑在180～390℃反應溫度范圍內(nèi)，NO轉化率高達95％以上，活性窗口范圍有了較大的提高