新型还原剂下SCR脱硝催化剂的制备及其性能研究

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近年来,随着化石燃料的大量燃烧,空气中的氮氧化物(NOx)越来越多。NOx具有很强的毒性,它能引起酸雨、温室效应、光化学烟雾等一系列生态环境问题,给人类的健康与社会经济的发展带来了严重的威胁。选择性催化还原法(SCR)以其脱硝效率高、技术成熟可靠、无毒副产物等优点成为重要的NOx控制技术。SCR反应中常采用NH3作为还原剂,在氧气氛围下将NO还原成氮气和水。但NH3是一种刺激性的有毒气体,会造成设备腐蚀和二次污染;在工况条件下,反应中多余的NH3极易与烟气中的SO2发生化学反应生成硫酸铵盐,堵塞在催化剂的表面及孔洞中,使催化剂中毒,从而影响其使用寿命。硫酸盐具有一定的粘性,会对空预器造成一定的危害。所以,研究新型高效的还原剂替代NH3就显得势在必行了。众多研究表明,金属氧化物以其优良的脱硝活性、抗中毒性能、低廉的成本、简单的制备工艺成为国内外学者研究的热点。本文在总结国内外研究成果的基础上,制备了Cu-Co-Ce-Ox/CC、Mn-Co-La-Ox/CC催化剂,分别在C3H6与CO气氛下取得了较好的脱硝活性。实验中探讨了Cu/Co摩尔比、Mn/Co摩尔比、焙烧温度、保温时间、负载量的最佳制备参数;并通过助剂Ce、La的加入来提高催化剂的活性及拓宽活性温度窗口;还考察了反应温度、空速、O2含量、C3H6/NO等工艺参数对催化剂活性的影响,研究了两种催化剂抗SO2与水蒸气中毒性能。  本研究主要内容包括:⑴当Cu/Co摩尔比为1∶3,焙烧温度为400℃,负载量为10%制备出的复合脱硝催化剂在C3H6为还原剂的条件下,当反应温度为250℃时具有最高活性70.1%;当Cu/Co/Ce摩尔比为1∶3∶2时,催化剂在反应温度为220℃具有最高活性75.4%,助剂Ce的加入将最佳活性温度点向低温方向偏移了30℃。表征结果也表明Ce的加入提高了催化剂的比表面积,促进介孔孔径的增大,有利于传质过程的进行,从而提高了催化剂的脱硝活性。⑵空速、O2含量以及C3H6/NO也对催化剂的脱硝活性也存在很大的影响。当空速为5000h-1、O2含量为6%、C3H6/NO摩尔比控制在1左右,有利于NO催化还原反应的充分进行。⑶当Mn/Co摩尔比为1∶2,焙烧温度为550℃,负载量为8%制备出的复合脱硝催化剂在CO为还原剂的条件下,当反应温度为300℃时具有最高活性72.5%;当Mn/Co/La摩尔比为1∶2∶0.5时,催化剂在反应温度为250℃时具有最高活性79.5%。⑷Cu-Co-Ce-Ox/CC与Mn-Co-La-Ox/CC催化剂均有一定的抗中毒性能。当反应温度为220℃,单独通入体积分数10%的水蒸气或者800ppm的SO2后,Cu-Co-Ce-Ox/CC催化剂的活性分别下降到60%和62%,停止通入气体后活性逐渐恢复;当反应温度为250℃,单独通入体积分数10%的水蒸气或者800ppm的SO2后,Mn-Co-La-Ox/CC催化剂的活性分别下降到64.8%和63%,停止通入气体后活性逐渐恢复;相同条件下,同时通入相同浓度的H2O与SO2后,Cu-Co-Ce-Ox/CC与Mn-Co-La-Ox/CC催化剂的活性分别下降到43.5%和53.5%,并于1h内保持相对稳定,停止通入气体后,活性逐渐恢复到64%和72%。
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