铈改性增强OMS-2汞氧化催化剂抗硫性能的机理研究
发布时间：2021-12-10 05:48
针对氧化锰八面体分子筛（OMS-2）在催化氧化单质汞过程中抗硫性能差的问题,采用铈（Ce）对OMS-2催化剂进行改性提高其抗硫性。通过热力学分析、固定床实验、氮吸附、XRD、ICP和XPS等表征手段,研究了铈增强OMS-2抗硫能力的原因。结果表明,Ce改性得到的催化剂比表面积大、空隙结构丰富,可以在催化剂表面通过化学吸附吸附更多的Hg0;Ce改性得到的催化剂会造成Mn缺陷生成,提高电子迁移率,使得吸附氧（Oβ）占比高,可提供更多的活性位点;OMS-2催化剂表面氧化的HgO可经不同浓度的SO2还原为Hg0或者HgSO4,但Ce改性得到的催化剂可使该部分还原产物迅速重新氧化成HgO,提高了表观Hg0氧化效率。该研究结果可为开发高性能抗硫汞氧化催化剂提供理论依据。
【文章来源】：燃料化学学报. 2020,48(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
SO2对催化剂上Hg0氧化性能的影响
OMS-2催化剂的XRD谱图验证了其为锰氧八面体分子筛的隐锰钾矿结构(JCPDS-29-1020)[27]。如图2(a)所示,在掺杂Ce后,属于OMS-2的特征峰消失了,同时,也未检测到MnOx或者CeO2所对应的特征峰,说明Ce成功地进入了OMS-2结构内部,与ICP表征结果一致。图2(b)为Mn 2p XPS能谱图。由图2(b)可知,无论是OMS-2还是Ce-OMS-2催化剂,Mn都主要以Mn3+、Mn4+存在[15]。且Mn3+/Mn4+的比率分别为1.07和1.10(见表2),两者几乎没有差别。结合ICP的分析结果发现,Ce-OMS-2催化剂中高价态的Ce4+取代了OMS-2催化剂原本存在的K+后,Mn3+/Mn4+比率并没有增加,据此可推断Ce-OMS-2催化剂存在Mn缺陷,从而使得催化剂能够保持电中性[27]。从这个角度也再一次说明了Ce的改性可以使催化剂的晶格氧活性更高[27],使其在0.05%SO2+N2甚至0.1%高浓度SO2的气氛下也能保持很高的汞氧化能力。
在图1中,当往N2中添加0.05%、0.1%SO2后,OMS-2催化剂的汞转化效率急剧降低至14.6%、11.5%,氧化性能得到了极大的抑制。将OMS-2催化剂在SO2预处理一段时间后进行FT-IR表征,结果如图3所示。由图3可知,红外谱图中检测到了SO 4 2- 的吸收峰[15],而在新鲜催化剂表面并未检测到,说明SO2会与OMS-2反应生成硫酸盐,导致催化剂中毒、表面的活性位点失活从而降低Hg0的转化效率。添加4%O2后,SO2的抑制作用得到一定的缓解,但是汞的氧化效率依旧只有29.5%,低于纯N2气氛下汞的氧化效率,因此抗硫性差会成为OMS-2催化剂应用的限制性因素。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MnOx-TiO2吸附剂对燃煤烟气中汞的脱除[J]. 李扬,刘冰,杨赫,杨大伟,胡浩权. 燃料化学学报. 2020(05)
[2]湿法脱硫浆液中Hg2+的还原机制研究[J]. 赵莉,何青松,刘宇,吴洋文,陆强,刘松涛,董长青. 燃料化学学报. 2017(06)
[3]HSC Chemistry软件在高校化学科研中的应用[J]. 王艳坤. 河南教育学院学报(自然科学版). 2013(02)
[4]钙基类吸附剂脱除烟气中气态汞的试验研究[J]. 任建莉,周劲松,骆仲泱,徐璋,张雪梅. 燃料化学学报. 2006(05)
[5]燃煤飞灰对锅炉烟道气中Hg0的吸附特性[J]. 王立刚,彭苏萍,陈昌和. 环境科学. 2003(06)
博士论文
[1]铝基SCR催化剂催化氧化烟气中汞的实验与机理研究[D]. 王鹏鹰.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]CeO2改性SCR催化剂同时脱除烟气中Hg0和NO的实验研究[D]. 张旭楠.湖南大学 2015
本文编号：3532019
【文章来源】：燃料化学学报. 2020,48(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
SO2对催化剂上Hg0氧化性能的影响
OMS-2催化剂的XRD谱图验证了其为锰氧八面体分子筛的隐锰钾矿结构(JCPDS-29-1020)[27]。如图2(a)所示,在掺杂Ce后,属于OMS-2的特征峰消失了,同时,也未检测到MnOx或者CeO2所对应的特征峰,说明Ce成功地进入了OMS-2结构内部,与ICP表征结果一致。图2(b)为Mn 2p XPS能谱图。由图2(b)可知,无论是OMS-2还是Ce-OMS-2催化剂,Mn都主要以Mn3+、Mn4+存在[15]。且Mn3+/Mn4+的比率分别为1.07和1.10(见表2),两者几乎没有差别。结合ICP的分析结果发现,Ce-OMS-2催化剂中高价态的Ce4+取代了OMS-2催化剂原本存在的K+后,Mn3+/Mn4+比率并没有增加,据此可推断Ce-OMS-2催化剂存在Mn缺陷,从而使得催化剂能够保持电中性[27]。从这个角度也再一次说明了Ce的改性可以使催化剂的晶格氧活性更高[27],使其在0.05%SO2+N2甚至0.1%高浓度SO2的气氛下也能保持很高的汞氧化能力。
在图1中,当往N2中添加0.05%、0.1%SO2后,OMS-2催化剂的汞转化效率急剧降低至14.6%、11.5%,氧化性能得到了极大的抑制。将OMS-2催化剂在SO2预处理一段时间后进行FT-IR表征,结果如图3所示。由图3可知,红外谱图中检测到了SO 4 2- 的吸收峰[15],而在新鲜催化剂表面并未检测到,说明SO2会与OMS-2反应生成硫酸盐,导致催化剂中毒、表面的活性位点失活从而降低Hg0的转化效率。添加4%O2后,SO2的抑制作用得到一定的缓解,但是汞的氧化效率依旧只有29.5%,低于纯N2气氛下汞的氧化效率,因此抗硫性差会成为OMS-2催化剂应用的限制性因素。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MnOx-TiO2吸附剂对燃煤烟气中汞的脱除[J]. 李扬,刘冰,杨赫,杨大伟,胡浩权. 燃料化学学报. 2020(05)
[2]湿法脱硫浆液中Hg2+的还原机制研究[J]. 赵莉,何青松,刘宇,吴洋文,陆强,刘松涛,董长青. 燃料化学学报. 2017(06)
[3]HSC Chemistry软件在高校化学科研中的应用[J]. 王艳坤. 河南教育学院学报(自然科学版). 2013(02)
[4]钙基类吸附剂脱除烟气中气态汞的试验研究[J]. 任建莉,周劲松,骆仲泱,徐璋,张雪梅. 燃料化学学报. 2006(05)
[5]燃煤飞灰对锅炉烟道气中Hg0的吸附特性[J]. 王立刚,彭苏萍,陈昌和. 环境科学. 2003(06)
博士论文
[1]铝基SCR催化剂催化氧化烟气中汞的实验与机理研究[D]. 王鹏鹰.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]CeO2改性SCR催化剂同时脱除烟气中Hg0和NO的实验研究[D]. 张旭楠.湖南大学 2015
本文编号：3532019
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3532019.html
