具有低温抗H2O性能的脱硝催化剂研究

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氮氧化物(NOx)作为主要的大气污染物之一,是雾霾产生的重要源头,因此其排放控制日益严格,NH3选择性催化还原NOx(NH3-SCR)是目前主要的NOx治理技术。随着“煤改气”工程的加速推进,天然气消费量将会大幅增长,其消费使用主要集中在城市燃气和工业燃料方面,考虑到燃气尾气中水蒸气含量较高且其会对催化性能产生不利影响,因此具有低温抗H2O性能的脱硝催化剂研究将会受到广泛关注。本文以Mn-Zr及Mn-Eu催化剂为基础,通过过渡金属元素改性得到低温抗H2O性能优异的Mn-Zr-Cr及Mn-Eu-Fe催化剂,利用XRD、BET、SEM、XPS、H2-TPR、TPD、in situ DRIFTS等手段对其进行表征,剖析了催化剂脱硝活性及抗H2O性提升的原因;此外,探究了载体对负载型催化剂脱硝活性及抗H2O性的影响。(1)本文制备了Mn-Zr-Cr催化剂,通过探究Zr/Mn摩尔比、Cr/Mn摩尔比、其他过渡金属元素改性对Mn-Zr催化剂脱硝活性及抗H2O性的影响,发现Mn-Zr-Cr=5:2:2.5催化剂的抗H2O性最佳,且具有较优异的稳定性及长时抗H2O性。Mn-Zr-Cr=5:2:2.5催化剂中,较强的氧化还原能力、较高含量的Mn4+和Lewis酸性位点使得其抗H2O性提升。(2)本文还制备了Mn-Eu-Fe催化剂,通过探究Fe/Mn摩尔比、焙烧温度、反应空速对其脱硝活性及抗H2O性的影响,发现Mn-Eu-Fe(1)-500催化剂与Mn-Zr-Cr=5:2:2.5催化剂的稳定性及长时抗H2O性同样优异,该催化剂在230°C、空速75000 h-1、15%H2O的条件下反应50 h后,NO转化率仍可达90%左右。Mn-Eu-Fe(1)-500催化剂中,三种金属氧化物的结合使得催化剂比表面积增大,Oα含量增加,氧化还原能力增强,Br?nsted酸性位点增多,因而含H2O气氛中NO/NH3吸附量较高,从而促进了催化剂低温活性和抗H2O性的提升。(3)制备了不同载体的负载型Mn-Zr-Cr及Mn-Eu-Fe催化剂,结果表明,γ-Al2O3为载体的负载型Mn-Eu-Fe催化剂抗H2O性最佳,Mn-Eu-Fe/γ-Al2O3催化剂在200°C、15%H2O条件下,NO转化率仍可达88%,是一种在燃气尾气NOx处理方面具有实际应用潜力的低温抗H2O性SCR催化剂。
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