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氮氧化物(NOx)是引发酸雨、光化学烟雾以及雾霾等恶劣天气的重要元凶,直接威胁着生态环境,影响着人类的生存问题。目前,氨选择性催化还原(SCR)技术(NH3-SCR)是去除NOx的主流技术,并在燃煤电厂烟气脱硝中得到了广泛的应用。催化剂的性能决定着SCR烟气脱硝系统的NO去除效率、经济性及可行性,因此,其在SCR技术中占据着核心地位。目前,最常用的SCR催化剂是V2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化剂,但钒钛基SCR催化剂存在钒物种毒性大、催化SO2氧化活性高及工作温度高等问题,难以满足工况复杂且排烟温度低的非电力行业的工业锅(窑)炉脱硝的需求。此外,大部分脱硝催化剂的性能会受到烟气中SO2和水气的影响,烟气中的SO2和水气与还原剂NH3在一定的条件下作用会生成粘稠状的硫酸铵盐(如NH4HSO4)附着在催化剂表面,堵塞活性位点,引起催化剂活性下降。因此,研究和开发高效的低温SCR脱硝催化剂和非钒基SCR催化剂势在必行。 本论文针对SCR催化剂在应用过程中存在的问题,以进一步提高钒钛基和铈钛基催化剂的低温活性和抗硫抗水性能为目的,研究了Sn掺杂对Ce0.46TiOx复合氧化物NH3-SCR反应活性及抗水抗硫性能的影响。考察了不同金属(Sb、Bi、Sn)修饰及浸渍液pH值对3V6Mo/TiO2催化剂活性的影响。此外,还研究了Ru/CeTiOx催化剂的NH3-SCR性能。研究结果如下: (1)采用共沉淀法制备了系列Sn掺杂的CeSnTiOx复合氧化物催化剂,并考察了其NH3-SCR脱硝活性及抗水抗硫性能。实验结果表明:少量Sn的掺杂可以提高Ce0.46TiOx复合氧化物催化剂的脱硝活性,其中Ce0.42Sn0.05TiOx催化剂的SCR反应活性最佳。当反应温度为180℃时,NO转化率即可达到97%,而且有较宽的反应温度窗口(200-400℃)。另外,Sn掺杂可以一定程度提高Ce0.46TiOx复合氧化物催化剂的抗水抗硫性能。 (2)运用XRD、BET、TPR、in situ DRIFT、XPS等多种手段表征了不同Sn掺杂量的CeSnTiOx复合氧化物催化剂的物化性质,结果表明:当向Ce0.46TiOx复合氧化物中掺杂少量Sn时,可以一定程度提高其催化剂的比表面积和低温氧化还原性能,调变催化剂表面酸性和表面上Ce3+/(Ce3++Ce4+)和Oα/(Oα+Oβ)的比例。Ce0.42Sn0.05TiOx催化剂较Ce0.46TiOx催化剂有更高的NH3-SCR脱硝活性可能与其具有较大的比表面积、良好的氧化还原性能及相对较多的L酸性位有关。Ce0.42Sn0.05TiOx较Ce0.46TiOx具有较高的抗硫抗水性能可能与Sn的掺杂抑制了SO2分子在复合氧化物催化剂表面的吸附及Ce0.42Sn0.05TiOx表面低的表面氧物种含量有关。 (3)利用浸渍法制备了不同金属(Sb、Bi、Sn)修饰的3V6Mo/TiO2催化剂,并在不同浸渍液pH值下制备了3V6Mo/TiO2催化剂,并评价了上述催化剂的NH3-SCR脱硝活性。实验结果表明:金属Sb、Bi修饰有利于提升3V6Mo/TiO2催化剂的低温脱硝活性,且Sb2O3和Bi2O3的最佳负载量为分别为2wt%和0.5wt%。金属Sn修饰对3V6Mo/TiO2催化剂的低温脱硝活性提升不明显,但有助于3V6Mo/TiO2催化剂工作温度窗口的拓宽。发现浸渍液pH值对3V6Mo/TiO2催化剂的脱硝活性有一定影响。当浸渍液pH值为10时,3V6Mo/TiO2催化剂的脱硝活性最佳,且有较宽的反应温度窗口(180-350℃)。 (4)采用共沉淀法制备50CeTi复合氧化物载体,再采用浸渍法制备了不同Ru负载量的Ru/50CeTi催化剂,并评价了其NH3-SCR脱硝活性。结果表明:不同Ru负载量(0.01-2wt%)的系列Ru/50CeTi催化剂中,1.0Ru/50CeTi有最佳的NH3-SCR反应低温活性,当温度为180℃时,其NO去除率可达到100%。