改性Pt/MgO脱硝催化剂的制备及其低温H2-SCR性能研究

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NOx是主要的大气污染物之一,具有较大的危害。Pt基催化剂在H2-SCR脱硝反应中因低温活性高而受到广泛关注。  本文制备了一系列Pt/xMo-MgO、Pt/xZr-MgO、Pt/xCe-MgO催化剂,在固定床反应器中通入模拟烟气,考察了不同催化剂种类对NOx催化性能的影响规律,进而运用XRD、BET、SEM、TEM、XPS、H2-TPR、CO2-TPD和TG/DTG等大型分析仪器对催化剂的微观结构和表面性能进行了表征,综合实验结果对催化反应机理进行了初步探讨,得出以下结论:  1、实验结果表明,对于Pt/xMo-MgO催化剂,Mo的掺杂形成了MgMoO4新物相。这种新物相的出现对催化剂的脱硝活性影响较小,但是却明显拓宽催化剂的有效活性温度窗口。当Mo的掺杂量为3wt%时,催化剂在100℃,[H2]/[NO]=4,[O2]=2%,GHSV=50000h-1,总流速=300ml/min反应条件下,NOx的转化率达到81%。NOx转化率大于50%的温度活性窗口为60-240℃。当Mo的掺杂量达到10wt%时,催化剂的活性最高点向高温区转移,由100℃上升到150℃。  2、在制备的Pt/xZr-MgO催化剂中,Zr的掺杂形成ZrO2-MgO固体碱。固体碱的生成对催化剂的活性提高及温度窗口变宽影响较小。当Zr/Mg摩尔比为0.03时,Pt/xZr-MgO催化剂在100℃,[H2]/[NO]=4,[O2]=2%,GHSV=50000h-1,总流速=300ml/min条件下,NOx的转化率达到84%。NOx转化率大于50%的温度活性窗口为60-140℃。  3、Ce的掺杂对催化剂的H2-SCR活性有显著的影响,其中,当Ce/Mg摩尔比为0.03时,可使催化剂在100℃,[H2]/[NO]=4,[O2]=2%,GHSV=50000h-1,总流速=300ml/min条件下,NOx的转化率达到96.6%。NOx转化率大于50%的活性温度窗口为55-160℃。这是因为当Ce/Mg的掺杂摩尔比小于0.03时,随着Ce掺杂量的增加,Ce4+→Ce3+还原过程促进了活性组分Pt有高价态向Pt0转变,即导致催化剂中Pt0的含量随之增加,从而提高了催化的活性。另外,Ce的掺杂使催化剂表面的碱性位数量减少,也使得催化剂的活性得到提高。
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