Mn-TiO-,2-系列低溫SCR脫硝催化劑制備及其反應(yīng)機(jī)理研究.pdf

1、選擇性催化還原(SCR)脫除煙氣中NOx是大氣污染控制領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。近年來，低溫SCR由于具有明顯的節(jié)能特點(diǎn)和潛在的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，正成為研究熱點(diǎn)。但就目前國內(nèi)外的研究進(jìn)展而言，低溫范圍內(nèi)催化劑活性不高、活性物質(zhì)分散性較差、反應(yīng)機(jī)理不夠明確等仍是低溫SCR脫硝技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用的主要障礙。本文針對以上主要問題，以Mn/TiO2作為基礎(chǔ)組分，進(jìn)行了低溫SCR脫硝技術(shù)研究。 本文首先對制備方法進(jìn)行了篩選。對溶膠—凝膠法、浸漬法和

2、共沉淀法三種不同方法制備得到的催化劑活性比較結(jié)果表明，溶膠—凝膠法制備得到的催化劑納米結(jié)構(gòu)更為豐富，活性物質(zhì)分散性更好，對NO的脫除率更高?？梢?，溶膠—凝膠法是一種較為理想的低溫SCR催化劑制備方法。 其次，針對上述溶膠—凝膠法制備的催化劑，系統(tǒng)研究了低溫SCR的優(yōu)化操作條件，主要包括催化劑Mn/Ti比、催化劑焙燒溫度、反應(yīng)空速、反應(yīng)系統(tǒng)中O2和NH3的濃度，以及在瞬態(tài)反應(yīng)中O2和NH3的作用。此外，分析了催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程

3、，確定了反應(yīng)級數(shù)和反應(yīng)速率常數(shù)，并由此得到了Mn(0.4)/TiO2的表觀反應(yīng)活化能。 為緩解催化劑制備過程中活性物質(zhì)的燒結(jié)團(tuán)聚，將過渡金屬元素引入到催化劑體系中制備成三元催化劑，結(jié)果表明過渡金屬元素的摻雜能夠大幅度提高催化劑的活性。結(jié)合BET、XRD、XPS、TEM等表征手段，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過渡金屬元素?fù)诫s后催化劑的納米結(jié)構(gòu)和活性物質(zhì)的分散性均得到有效改善，能更有效地脫除NO。 基于以上研究結(jié)果，研究了催化反應(yīng)過程及反應(yīng)機(jī)

4、理。發(fā)現(xiàn)由于過渡金屬元素Fe的摻雜，增加了活性組分——配位態(tài)NH3形成的可能性，并降低了催化劑表面硝酸鹽的穩(wěn)定性，使硝酸鹽由活性位的侵占物質(zhì)轉(zhuǎn)化為反應(yīng)的活性中間體，從而使反應(yīng)從不同的途徑發(fā)生，形成了雙反應(yīng)通道。 最后，本文開展了催化劑抗硫性能的探索研究。制備了含Zr的低溫SCR催化劑，并采用TG-DSC、XPS、DRIFT等表征手段，研究了催化劑表面S的存在形式以及對反應(yīng)過程的影響，得出了SO2造成催化劑失活的反應(yīng)機(jī)理。同時(shí)發(fā)