Ce摻雜MnOx-TiO2催化劑的制備及其催化氧化NO性能研究.pdf

1、在氨法脫硫技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展同時(shí)脫硫脫硝,NO的氧化是關(guān)鍵。以選擇性催化氧化(SCO)為NO的氧化方式,針對(duì)目前SCO催化劑研究的不足,提出了Ce摻雜以提高催化劑活性的思路。本文研究了Ce摻雜MnOx/TiO2催化劑的制備、性能、不同工藝條件下催化劑的活性和催化氧化動(dòng)力學(xué),并對(duì)催化劑的成型及放大實(shí)驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行了初步探索,為SCO催化劑的研究及工業(yè)化應(yīng)用提供了依據(jù)。
　　 首先,利用固定床催化反應(yīng)裝置對(duì)制備的催化劑進(jìn)行了活性測(cè)試,并結(jié)合

2、現(xiàn)代各種表征手段如XRD、BET、SEM、H2-TPR、TG-DTA、Raman、PL、EPR、XPS和FT-IR等研究了Ce摻雜對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)和催化活性的影響,優(yōu)化催化劑的制備條件。結(jié)果表明,Ce的添加有利于活性組分在載體表面的分散,增強(qiáng)了活性組分與載體之間的相互作用;Ce摻雜進(jìn)入到TiO2晶格中,引起了電子的不平衡,為平衡電價(jià),形成了氧空位,增加了催化劑表面的超氧自由基含量,提高了催化劑對(duì)氧的親和能力,使得催化劑表面氧濃度、

3、Mn3+和Ti3+的含量增加,增強(qiáng)了晶格氧的流動(dòng)性。當(dāng)Ce摻雜量為[Ce]/[Mn]為1/3(摩爾比)、負(fù)載量為10％、焙燒溫度為300℃條件下,制備的Ce(1)Mn(3)Ti催化劑,在空速41000 h-1、NO濃度400 mg·m-3及O2含量10%的工況下,反應(yīng)溫度為250℃時(shí)NO氧化率最高為85%。
　　 其次,對(duì)Ce(1)Mn(3)Ti催化劑催化氧化NO的工藝條件和抗硫抗水性能進(jìn)行了考察。結(jié)果顯示,適宜的反應(yīng)溫度、較低

4、的空速、氧含量的增加和NO濃度的降低都有利于催化劑活性的提高。當(dāng)反應(yīng)溫度高于250℃時(shí)催化劑具有較好的抗水性能,并且Ce的摻雜在一定程度上提高了催化劑的抗硫性能。
　　 對(duì)Ce(1)Mn(3)Ti催化劑催化氧化NO的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,Ce摻雜后能夠有效降低反應(yīng)的活化能,從而使得催化劑在較低的反應(yīng)溫度下有較好的催化活性。NO濃度和氧含量對(duì)應(yīng)的反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為0.6和0.9,反應(yīng)活化能為21.75 kJ。內(nèi)擴(kuò)散對(duì)催化劑活性的

5、影響較大但外擴(kuò)散的影響可以忽略。
　　 最后,將篩選得到的最佳配方進(jìn)行擠壓成型,制備了75 mm×75 mm×800 mm的整體蜂窩狀催化劑,在70 kW燃燒器活性測(cè)試裝置中進(jìn)行了放大試驗(yàn)研究,并對(duì)催化劑進(jìn)行了表征分析。結(jié)果表明,在反應(yīng)溫度為270℃、空速為3000 h-1、NO800 mg·m-3和SO22000 mg·m-3的條件下,NO的轉(zhuǎn)化率為15%。催化劑的活性受煙氣成分和成型方式影響較大,催化劑成型后造成了表面超氧自