论文部分内容阅读
以NH3为还原剂在催化剂的作用下选择性还原NOx(NH3-SCR)生成无毒无害的N2，是去除固定源和移动源中NOx应用最广且最为有效的技术之一。目前应用最多的NH3-SCR催化剂体系是V2O5-WO3(MoO3)/TiO2，虽然已经工业应用多年，但是仍存在一些问题，例如操作温度高、活性温度窗口窄、高温时N2O大量生成等，因此开发高效稳定的新型NH3-SCR催化剂体系成为众多科学工作者研究的热点。 本论文开发了新型的钒铈氧化物催化剂用于NH3选择性催化还原NOx研究。多种制备方法用于合成VOx/CeO2催化剂，包括均匀沉淀法、传统浸渍法、初湿浸渍法以及溶胶凝胶法，其中均匀沉淀法制备的VOx/CeO2(P)催化剂NH3-SCR活性最高，并且具有更高的抗水抗硫性能，而溶胶凝胶法制备的VOx/CeO2(S)催化剂的活性最低。VOx/CeO2(P)催化剂表面CeO2结晶度较低，表面钒物种得到更好的分散，表面钒含量更高，进而产生更多的酸性位，能够更好地吸附和活化NH3物种。这些因素均有助于催化剂获得更高的SCR活性和抗硫性能。 采用均匀沉淀法对VOx/CeO2催化剂进行第三种过渡金属氧化物的掺杂，其中Nb的添加能够显著提高其低温催化性能。30 wt.％ Nb-1VOx/CeO2催化剂具有最高的SCR活性与抗水抗硫性能，并且优于3V2O5-WO3/TiO2催化剂，具有很好的工业应用前景。 在含有SO2的SCR气氛中长时间反应后，VOx/CeO2催化剂表面形成了大量硫酸盐物种，比表面积和孔容积显著下降，酸性位减少;但是Nb-VOx/CeO2催化剂上基本没有发现硫酸根的存在，仍保持较高的比表面积，具有较高的抗硫中毒性能。两种催化剂硫中毒的机理类似，主要表现为表面硝酸盐的形成受到强烈抑制，阻断了NH3吸附物种与NOx吸附物种反应的L-H路径，只能与气相NO或弱吸附的NO通过E-R路径发生反应，使得低温催化活性有所下降。 由于钒具有一定的生物毒性，我们还进一步开发了非钒催化剂(Mn-Nb复合氧化物)用于低温NH3-SCR研究。Mn2Nb1Ox催化剂具有比MnOx和NbOx催化剂更高的NH3-SCR活性以及N2生成选择性。MnOx催化剂具有高的氧化还原性能，高温时NH3发生非选择性氧化，导致NOx转化率和N2生成选择性降低。Nb的添加不仅降低其氧化还原性能，提高高温N2选择性;还能够提高MnOx的酸性，特别是Br(o)nsted酸性位的增多，有利于提高低温催化性能。强氧化性的MnOx与强酸性的NbOx结合能够得到优秀的低温NH3-SCR催化剂。