NiO改性和PbO掺杂对Mn-Ce/TiO2催化剂低温脱硝性能影响的研究

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氮氧化物(NOx)的大量存在会引起酸雨、灰霾、光化学烟雾和臭氧层破坏等一系列环境问题,控制氮氧化物的排放已成为治理大气环境污染的一项重要任务。以氨气为还原剂的选择性催化还原(NH3-SCR)技术已成为烟气脱硝最有效的控制手段。目前使用最广泛的V2O5-WO3(Mo O3)/TiO2由于其最佳反应温度窗口为300400℃,也就是说,SCR催化剂常处在高硫高尘及大量毒性组分氛围中,使催化剂的使用寿命大大缩短。因此,研发一种高效、抗毒害能力强的低温SCR催化剂是十分必要的。Mn-Ce氧化物催化剂因其优异的低温催化活性被认为是最具潜力的低温SCR催化剂。催化剂中毒是实际SCR反应中不可避免的问题,与燃料特性有关。氧化铅作为燃煤电厂和垃圾焚烧电厂烟气中典型重金属代表之一,会沉积在催化剂上,对SCR催化剂有强烈的毒害作用。深入探究PbO引起Mn-Ce/TiO2催化剂中毒失活的原因不容忽视。首先,本课题采用等体积浸渍法制备了Mn-Ce/TiO2和Ni-Mn-Ce/TiO2催化剂,研究考察了NiO的不同负载量对Mn-Ce/TiO2催化剂低温脱硝效率的影响、不同反应条件(煅烧温度、氨氮比和氧浓度等)对Ni-Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝效率的影响以及NiO的改性对Mn-Ce/TiO2催化剂同时抗硫抗水性的影响。实验结果表明,当Ni:Mn摩尔比为0.4时,Ni O的添加对Mn-Ce/TiO2催化剂在整个反应温度区间内的低温脱硝活性都有很大的促进作用。Ni(0.4)-Mn-Ce/TiO2催化剂的最大脱硝效率为98.0%。另外,NiO的改性明显提高了Mn-Ce/TiO2催化剂的同时抗硫抗水性。然后,本课题还采用浸渍法制备了Mn-Ce/TiO2和Pb-Mn-Ce/TiO2催化剂,研究考察了PbO的不同负载量对Mn-Ce/Ti O2催化剂脱硝效率的抑制作用以及PbO引起Mn-Ce/TiO2催化剂中毒的原因。实验结果表明,氧化铅的掺杂会引起Mn-Ce/TiO2催化剂NO转化率的极大下降。当掺杂Pb:Mn摩尔比为0.5的氧化铅后,Mn-Ce/TiO2催化剂的NO转化率由96.7%下降至40%左右。继而,通过各种表征手段BET、XRD、SEM、XPS、H2-TPR、NH3-TPD和FTIR探究了PbO引起Mn-Ce/TiO2催化剂中毒的原因。催化剂比表面积下降、锰氧化分散性变差、锰物种可还原性降低、低浓度的Mn4+、Ce3+和化学吸附氧(Ob)、酸位的改变、氨吸附量的减少、酰胺物种的消失,这些都是经PbO掺杂后引起Mn-Ce/TiO2催化剂失活的重要原因。
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