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氮氧化物(NOx)不但会引起酸雨、光化学烟雾、雾霾等污染问题,而且会破坏臭氧层,严重危害人类的健康。因此,环保部门出台了更加严格的氮氧化物排放标准,更重要的是人们的环保意识也日益增强。以氨气为还原气的选择性催化还原(NH3-SCR)技术是目前NOx技术中应用最广泛的,技术最成熟的方法。由于目前工业化的NH3-SCR装置被布置于除尘和脱硫装置之前且与之相配套的钒钛催化剂,存在温度窗口窄,钒二次污染问题。此外,催化剂易被飞尘磨损和堵塞及被高浓度SO2毒化,这些都严重影响催化剂的使用寿命。为此研究者开发了新的工艺排布方式,将NH3-SCR装置布置于除尘和脱硫装置之后,这就需要开发与之相配套的绿色环保、价格低廉且低温高活性的新型NH3-SCR催化剂。MnOx由于具有多价态锰离子和大量各种氧物种且表现出优异的低温催化活性。因此,锰基催化剂被广泛研究并被认为是最有希望取代钒基催化剂。此外通过前期的研究发现,具有特殊的M-O-Ti(M:Ce,Co,Fe)结构的活性物种的非晶态催化剂表现出更加优异的脱硝性能,因此本文深入研究具有M-O-Ti结构非晶态催化剂制备及其在NH3-SCR反应中的应用。 本文首先以硝酸锰、钛酸四丁酯为前驱体,采用自发沉积策略成功制备出一系列不同锰含量的MnaTi1-a催化剂,通过XRD、Raman、SEM、TEM、N2吸附-脱附、XPS、H2-TPR、NH3-TPD及In-situ FTIR等表征技术对催化剂进行了分析,并考察了催化剂在选择性催化还原NO反应中催化活性以及其抗H2O和SO2能力。结果表明,这一系列催化剂具有完全非晶态结构,Mn与Ti之间存在强相互作用,促进形成高度融合态,具有较大比表面积和孔容。其中Mn05Ti05具有较强的表面酸性和较多的L酸量,较高浓度的表面Mn4+离子,较强的氧化还原能力,因而表现出更优异的脱硝活性。在150℃时NO的转化率就高达92.8%,在150-350℃温度区间内NO的转化率接近100%,此外H2O和SO2只对其产生轻微毒化作用。在结合表征结果的基础上推导出MnaTi1-a催化剂合理的反应机制过程。此外,我们还研究了催化剂焙烧温度、反应空速、反应系统中O2和NH3的浓度等工艺条件对NH3-SCR反应的影响。 为了研究制备过程对于催化剂性质及性能的影响,采用共沉淀法制备MnOx-TiO2催化剂和浸渍法分别以非晶态TiO2和P25为载体制备MnOx/TiO2-A和MnOx/TiO2-P催化剂及溶胶凝胶法制备MnOx@TiO2催化剂,用于与自发沉积策略制备的Mn05Ti05催化剂作对比。通过对比,发现MnOx-TiO2和MnOx@TiO2催化剂具有低结晶度,浸渍法制备的催化剂均具有较高结晶度,而Mn05Ti05具有其独特的非晶态结构。通过活性测试结果对比,Mn05Ti05表现出最优异的NH3-SCR活性。此外,通过不同制备方法催化剂的表征结果对比,发现Mn05Ti05催化剂具有介孔非晶态结构,更大的比表面积和孔容,较强的表面酸性,表面较高浓度的Mn4+离子及更强的氧化还原能力。这些优异的性能使Mn05Ti05具有更加优异的脱硝性能及更加出色的抗H2O和SO2毒化能力。