论文部分内容阅读
目前氨选择性催化还原技术(NH3-SCR)被认为是脱除烟气中NO、最有效的技术之一,工业化应用的SCR催化剂主要是V205-WO3/TiO2催化剂,其具有较高的活性及抗硫性。但其反应温度必须操作在330-400℃之间,更适合我国新建锅炉的脱硝。同时,为了避免催化剂被SO2和灰尘堵塞和毒化,SCR反应器应该被放置在除尘器和脱硫器之后(烟气温度通常低于150℃)。因此,迫切需要开发低温高活性的SCR催化剂。由于目前研究的低温脱硝催化剂,大多以粉末或者颗粒为主,虽然在实验条件下表现出很好的催化活性,但此种催化剂由于床层压降大等因素限制了其工业应用。堇青石蜂窝陶瓷具有强度高、压降小和热稳定性好等特点,被广泛应用于催化转化等化工和环保领域。鉴于以上问题和分析,本实验通过溶胶凝胶法制备了Ti02溶胶,并将其负载到处理好的蜂窝堇青石上,再通过共浸渍的方法,负载上活性组分Mn和助剂Ce,得到了Mn-Ce/TiO2/CC整体式催化剂,研究了其低温NH3选择性催化还原NO的性能,旨在找到一种低温活性好,温度窗口宽的烟气脱除NOx的催化剂。本文主要结论如下:(1)Mn-Ce/TiO2/CC催化剂的NO选择性催化还原性能明显好于单独的Mn/TiO2/CC催化剂,当Ce/Mn=0.15(摩尔比),400℃下焙烧时,所制得的Mn-Ce(0.15)/Ti9O2/CC催化剂显示出优越的低温脱硝活性,80℃时,NOx转化率就达到70%以上;从120~200℃时,NOx转化率保持在96%以上。(2)考察了反应条件对脱硝活性的影响,如NO进口浓度、空速比(GHSV)、O2浓度、氨氮比(NH3/NO)等都对催化剂的SCR反应产生了影响,但本催化剂在高浓度NOx、高空速、低氧的条件下,仍然显示出了优越的活性。(3)暂态响应实验说明:在Mn-Ce/TiO2/CC催化剂上进行的SCR脱硝反应,NH3不是以气态NH3,而是以大量吸附态氨与NO进行反应的;NO是以气态或少数弱吸附态的形式与强吸附的NH3反应的;O2在SCR过程中起着重要的作用,O2促进了Mn-Ce/TiO2/CC催化剂上表面氧的生成,进一步补充了晶格氧,同时也促进了NO的吸附,在去除氧气时会使原先弱吸附NO重新脱附出来。(4)由BET分析和NH3吸附实验可知,添加适量Ce的Mn/TiO2/CC催化剂的比表面积、总孔体积和微孔体积略有增加,并且增加了对NH3的吸附和活化。(5)XPS分析和NO的氧化活性实验表明,添加Ce后提高了Mn/TiO2/CC催化剂MnO2的含量,增加了催化剂表面晶格氧和化学吸附氧。因此,Mn-Ce/TiO2/CC催化剂表面的化学吸附氧含量较Mn/TiO2/CC多,从而有利于NO到NO2的氧化。(6)H2-TPR测试可知,添加Ce后,使得催化剂还原峰温向低温方向移动,说明Mn和Ce之间可能存在某种协同作用,促使表面物种的还原峰温向低温方向移动,即催化剂氧化还原能力得到较大提高,从而有利于催化反应的进行。