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氮氧化物(Nox)对大气的污染是一个全球性的环境问题。燃料燃烧过程生成的Nox中NO约占90%。每年燃烧产生的NO达到5×107t以上。高浓度的Nox将增加大气的氧化性,这将会严重影响世界大气的性质,从而威胁到人体健康和生态环境。研究开发脱硝技术,具有现实的意义。
本文采用纤维素为扩孔剂,钛硅复合溶胶对堇青石蜂窝陶瓷进行改性,运用正交设计法选出制备载体涂层的最优条件:钛硅溶胶质量比为1∶1;纤维素含量为8%;浸渍次数为6次;焙烧温度为300℃。以最佳的实验条件制备出的TiO2-SiO2涂层载体比表面积达52.29m2/g,改性后的载体比表面积比0.25m2/g空白陶瓷扩大了200多倍。通过载体NH3-TPD测试,TiO2∶SiO2=1∶1时,脱附峰面积最大,酸量最多。与活性测试结果比较,TiO2∶SiO2=4∶1时,活性最好。
用TiO2-SiO2载体,负载以V为主剂,过渡金属W、Ni、Co和稀土金属Ce为助剂,采用浸渍法制备了V系催化剂,考察了不同催化剂的活性。以尿素作还原剂,采用程序升温法,对各催化剂进行活性评价。实验结果显示,Ce-V-W/TS4催化剂在温度区间(100-450℃)活性要优于Ni-V-W/TS4和Co-V-W/TS4催化剂,400℃时转化率到达88%。Ce-Ni-V-W/TS4催化剂的活性要明显优于Ce-No-V-W/TS4、Co-Ni-V-W/TS4和Ce-Ni-Co-V-W/TS4催化剂,在400℃时转化率接近于100%。其中Ce-Ni-V-W/TS4体系催化剂中,以质量比Ce∶Ni=5∶1的活性最佳。
BET、XRD、TPR、XPS等研究发现,催化剂的比表面积越大,有助于反应活性的提高;催化剂NH3-TPD的脱附峰面积的大小和脱附峰温度的高低,并不与活性的高低呈线性关系;在氧化还原反应中,助剂Ni、Co的添加使催化剂的还原峰都向低温方向移动,使得催化剂在低温下更易被还原;在Ce-Ni-V-W/TS4催化剂表面,Ce离子具有变价(Ce3+-Ce4+),加速了催化剂中表面氧的迁,改变了Ni的存在形式,并且在电子转移的过程中,使得Vx+/V5+比值变越大,从而提高脱硝活性。