新型鈦基核殼抗硫催化劑的制備及低溫脫硝性能研究.pdf

1、氮氧化物(NOx)是造成大氣污染的主要來源之一，低溫選擇性催化還原(SCR)脫硝技術(shù)是近年來新興的一項(xiàng)煙氣脫硝技術(shù)，也是國內(nèi)煙氣脫硝領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)。但是，目前的低溫SCR脫硝技術(shù)離規(guī)?；I(yè)應(yīng)用尚有一段距離，主要原因是催化劑在低溫條件下極易發(fā)生SO2中毒，即使在脫硫后煙氣中SO2濃度非常低的情況下，催化劑也同樣會失活，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了低溫SCR脫硝技術(shù)的推廣應(yīng)用。因此，制備具有抗硫性能的高活性催化劑是推廣應(yīng)用低溫SCR脫硝技術(shù)的關(guān)鍵。

2、近年來，由于核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料具有很多優(yōu)異的性質(zhì)，它可同時具備核層和殼層材料的性能，又不同于其中的單一材料，而且具有一定的可操作性，可根據(jù)需要對復(fù)合材料的性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，因此，以TiO2為基的核殼結(jié)構(gòu)納米材料的研究受到廣大研究者的青睞。本文利用兩步法制備出了具有抗硫性能的高活性TiO2基核殼結(jié)構(gòu)催化劑，并通過不同的表征手段，對催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其在低溫SCR反應(yīng)中的性能進(jìn)行了研究。
　　首先，利用兩步水熱法制備出了CeO2@

3、TiO2顆粒狀核殼結(jié)構(gòu)催化劑，發(fā)現(xiàn)其具有明顯的核殼型結(jié)構(gòu)，且外殼是以無定型的TiO2形式存在的，可以避免活性中心遭受SO2的侵蝕。該催化劑具有較高的活性和穩(wěn)定性、良好的N2選擇性，以及較好的抗硫抗水性能;當(dāng)通入SO2后，該催化劑的脫硝效率能維持在100％長達(dá)2.25個小時，當(dāng)撤去SO2后，其脫硝效率能在2個小時內(nèi)恢復(fù)并穩(wěn)定至96.2％。對該催化劑進(jìn)行了TEM、HR-TEM、XRD和BET表征測試，結(jié)果表明該催化劑具有較大的比表面積，活性

4、位點(diǎn)很好的分散在催化劑的表面。根據(jù)NH3-TPD、H2-TPR和XPS分析結(jié)果表明，該催化劑較高的脫硝活性是由于NH3吸附能力的增強(qiáng)和活性氧組分的增加。
　　其次，利用兩步法制備出了MnOx@TiO2棒狀核殼結(jié)構(gòu)催化劑，發(fā)現(xiàn)其MnOx納米棒結(jié)構(gòu)上完好的包裹著TiO2晶體顆粒，形成核殼型結(jié)構(gòu)。該催化劑具有很高的脫硝活性、穩(wěn)定性和N2選擇性，并且具有比MnO2、TiO2和MnO2/TiO2納米催化劑更好的抗硫抗水性能;當(dāng)溫度為130℃

5、時該催化劑的脫硝效率達(dá)到100％。對該催化劑進(jìn)行了一系列的表征測試，其中BET結(jié)果表明該催化劑擁有豐富的介孔結(jié)構(gòu)，活性位點(diǎn)很好的分散在催化劑的表面;NH3-TPD和H2-TPR分析結(jié)果表明，該催化劑的高脫硝活性是由于其具有較多的Lewis酸性位點(diǎn)和較強(qiáng)的還原能力。
　　最后，將Mn-Ce復(fù)合氧化物作為內(nèi)核，利用兩步法制備出了MnOx-CeO2@TiO2核殼結(jié)構(gòu)催化劑，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)出了明顯的核殼結(jié)構(gòu)。該催化劑同樣具有很高的脫硝活性、穩(wěn)

6、定性和N2選擇性，以及較好的抗硫抗水性能;當(dāng)溫度為160℃時該催化劑的脫硝效率達(dá)到100％。通過一系列的表征測試分析結(jié)果表明，該催化劑的高脫硝活性是由于其具有較大的比表面積、較多的Lewis酸性位點(diǎn)和較強(qiáng)的還原能力。
　　通過本文的系統(tǒng)研究，明確了TiO2基核殼結(jié)構(gòu)催化劑在低溫SCR脫硝反應(yīng)中的性能影響，初步得出了核殼結(jié)構(gòu)催化劑的抗硫機(jī)理，為今后更進(jìn)一步研究具有高抗硫性能的高活性催化劑提供了理論基礎(chǔ)，向低溫SCR脫硝催化劑的大規(guī)模