Cr-Mn复合氧化物低温催化NO选择性还原

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燃煤电厂烟气中氮氧化物排放控制的方法有多种,其中选择性催化还原(SCR)法是一种高效、高选择性的实用烟气脱硝技术。目前,研究比较多的SCR催化剂有贵金属催化剂、新型分子筛催化剂和金属氧化物催化剂,而商业应用比较成熟的V2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化剂,其活性温度范围较高(300℃-400℃),易受飞灰以及SO2的影响。因此,开发一种高活性、高选择性的低温SCR催化剂,使其在脱硫装置之后处于低尘、低硫环境下工作,将具有极其重要的现实意义。本论文通过对复合氧化物催化剂的设计与筛选,发现Cr-MnOx系列复合氧化物催化剂具有较好的低温SCR性能,并对该系列催化剂进行了详细的研究。
   首先采用组合化学的方法对固相法合成的120种复合氧化物催化剂进行低温催化NOx还原的活性进行评价,从上述复合氧化物催化剂中筛选出具有较好低温SCR催化活性的Cr-MnOx复合氧化物催化剂。其次,比较了固相反应法、溶胶凝胶法以及共沉淀法三种不同方法制备Cr(0.5)-MnOx复合氧化物催化剂的低温SCR活性,并对催化剂进行了XRD表征,发现溶胶凝胶法及共沉淀法制备的Cr(0.5)-MnOx复合氧化物催化剂均具有较好的催化活性,通过XRD表征初步发现上述三种复合氧化物催化剂中形成了新晶相-CrMn1.5O4且为低温SCR过程的主要活性组分。同时发现,共沉淀法制备的催化剂其新晶相CrMn1.5O4结晶度最佳,因此,对共沉淀法制备的Cr-MnOx复合氧化物展开进一步的评价、表征及机理研究。
   本论文对共沉淀法制备的Cr-MnOx系列复合氧化物催化剂进行系统研究发现Cr(0.4)-MnOx(650)催化剂(650℃焙烧,摩尔比Cr/(Cr+Mn)=0.4)具有最佳的催化活性。在140℃、30000h-1空速等条件下能使NOx转化率达到87%。利用BET、XRD、XPS及Raman等表征技术对Cr-MnOx系列复合氧化物催化剂进行研究,发现随着Cr的加入,在催化剂表面逐渐形成一种新的物相-CrMn1.5O4,且该物相是影响Cr-MnOx系列复合氧化物催化剂催化活性主要原因;发现CrMn1.504物相中Cr-O-Mn键的Raman特征峰为650 cm-1附近(Mn-O)和550 cm-1附近(Cr-O).;同时发现,催化剂表面富集Mn4+及Mn3+有利于催化剂催化活性提高。考察了空速对Cr(0.4)-MnOx(650)催化剂催化活性的影响,发现空速越高,Cr(0.4)-MnOx(650)催化剂催化活性越低,但其催化活性受空速影响不大。
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