新型低温锰钴脱硝催化剂的制备及其性能研究

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燃煤发电厂排放的氮氧化物是公认的一系列环境问题的主要来源之一。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)技术是目前公认的脱除氮氧化物的最佳方式。锰基催化剂因其卓越的低温活性和优秀的氧化还原能力而受到广泛关注。但是锰基催化剂对SO2特别敏感,容易造成催化剂的失活。通过掺杂过渡金属元素来改善锰基催化剂的性能。钴氧化物拥有优异的氧化还原性能和形态学特征,故在催化剂领域已得到广泛的研究,但是锰钴混合氧化物催化剂在脱硝领域研究相对较少。本论文将通过不同的制备方法制备一系列锰钴复合氧化物催化剂,改善催化剂的形貌,提高催化剂的脱硝性能,改善催化剂的抗SO2中毒能力。采用一步燃烧法制备了多孔Mn2Co1Ox催化剂,分别探究了煅烧温度、煅烧时间、不同摩尔比以及空速对催化剂脱硝效率的影响。当煅烧温度为450℃,煅烧时间为2h,Mn/Co摩尔比为2,空速为30 000h-1时,催化剂的脱硝活性最高。采用一步燃烧法制备的多孔Mn2Co1Ox催化剂具有较好的SCR性能,在150-300℃之间有100%的NOx转化率。同时,催化剂表现出高的N2选择性,宽的操作温度窗口,高的稳定性和抗水抗硫性能。采用XRD,SEM,BET,XPS,H2-TPR和NH3-TPD对催化剂进行表征,XRD数据显示Mn2Co1Ox(CB)催化剂形成的CoMn2O4晶相是一个重要的活性物种。从微观结构测试(SEM)和比表面积(BET)测试结果说明催化剂具有多孔网状结构和高比表面积,有助于提高催化剂的脱硝活性。XPS数据论证了催化剂上存在丰富的Mn4+、Co3+和表面吸附氧物种。同时,锰和钴氧化物之间的协同作用增强了催化剂的氧化还原性能,带来了丰富的酸性位,从而提高了催化剂的脱硝活性。由水热法制备的Mn2Co1Ox催化剂获得了较高的脱硝活性,在175-325℃之间脱硝效率达到90%以上,在100-375℃之间保持着85%以上的N2选择性。Mn2Co1Ox(HT)催化剂的针状纳米花结构极大地提高了催化剂的比表面积,而且提供了丰富的Br?nsted和Lewis酸性位,为Mn2Co1Ox(HT)催化剂优异的催化活性提供了丰富的理论依据。另外,MnOx和CoOx物种之间的协同作用促进了催化循环,抑制了催化剂表面硫酸盐的生成,从而提高了Mn2Co1Ox(HT)催化剂的抗水抗硫能力和稳定性。
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