论文部分内容阅读
NH3低温选择性催化还原NOx技术有着明显的节能性和潜在的工业价值,如何开发出高效低温催化剂,近年来成为学术界和工业界的研究热点。本文以MnOx/TiO2为基础,利用BET、XRD、Raman、TPD、TPR、TG/DTA、FT-IR等表征手段,对其进行载体筛选,改性研究及其脱硝机理初步探究。主要研究成果如下:
采用微乳液法制备出一系列不同晶型的TiO2载体,以醋酸锰为MnOx前驱物,通过浸渍法制备出MnOx/TiO2,其中,后煅烧温度为700℃所得锐钛金红石混晶TiO2载体效果最佳。
以P25为载体,醋酸锰为MnOx前驱物,通过浸渍法制得MnOx/TiO2,采用过渡金属W对其进行改性,结果发现,W只有先负载或与Mn同时负载时方可产生好的改性效果,且一步浸渍法优于分步浸渍法,5%WO3体现最佳改性作用,主要通过增加催化剂表面的B酸位吸附氨容量来改善催化性能。
对最终改性催化剂15%MnOx/5%WO3/TiO2进行烟气组分影响因子研究,O2在浓度为0~3%区间内提高对催化剂脱硝效率有明显促进作用,当O2浓度超过3%之后,促进效果不再显著。NH3-SCR反应中,氨氮比最好设定在0.9~1之间。催化剂15%MnOx/5%WO3/TiO2对NO浓度变化反应较敏锐。烟气流速通过外扩散和内扩散对催化效果进行双向控制,烟气流速过低会对催化剂造成浪费,过高则造成反应不足。
宏观暂态试验及利用原位红外手段进行的微观暂稳态试验的研究结果表明,本文所用催化剂的NH3-SCR反应主要通过E-R机理方式进行的,在O2存在和一定温度条件下L-H机理反应方式方可占有较小比例。催化剂表面L酸位配位吸附的NH3物种是还原剂的主要来源,B酸位氨物种在一定温度范围内随着温度的上升参与反应的比例略有提高。NH3的吸附活化是整个反应的控制步骤。裸催化剂在单独的NO气氛中时,NO会在催化剂表面氧化活性中心形成大量双齿配位型硝酸盐,此类硝酸盐不参与NH3-SCR反应,且在低温下不可逆转,占据在氧化活性中心上阻碍NH3的吸附和活化,对后续反应不利,O2的存在促进NO的氧化,有助于阻止NO与催化剂表面形成双齿配位型硝酸盐,并保护催化剂表面的氧化活性中心,促进NH3的吸附与活化。无O2参与时,常温下NH3和NO均有吸附现象,但几乎无反应进行,NO与NH3在催化剂表面存在吸附竞争,且NO的吸附作用强于NH3,在温度达到100℃之后被吸附的NH3方可大量活化并与NOx发生进一步反应。在以上研究基础上提出来催化剂15%MnOx/5%WO3/TiO2的低温NH3-SCR主要的反应路径。