凹凸棒石—堇青石涂层锰基车用催化剂低温SCR脱硝性能研究

发布时间：2018-03-22 02:07

本文选题：凹凸棒石　切入点：涂层　出处：《合肥工业大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：目前NH3的选择性催化还原脱硝技术(SCR)成为柴油车尾气净化领域发展方向的重要技术。SCR转化器一般安装在脱硫和颗粒捕捉器装置后方,随着汽车尾气流经路径的增长尤其是尾气流经脱硫装置和颗粒捕捉器后,尾气就会下降很多,一般只有100-350℃。SCR技术关键在于高效低温SCR催化剂的研发。因此,具有低温高SCR活性的车用尾气脱硝催化剂的研究与应用具有重要的现实意义。本文针对柴油车尾气净化催化剂的特性,研制适用于我国汽车尾气净化的低温SCR车用催化剂。鉴于蜂窝结构在汽车尾气净化领域的普适性,该催化剂以蜂窝状堇青石为基体,凹凸棒石作为涂层材料,首先采用悬浮浆液法制备涂层载体。该法制备简便,通过考察浆液固液比、涂层方式一时间、浆液搅拌时间、烘干方式、烘干条件、煅烧温度及酸洗堇青石基体对涂层机械性能的影响,采用超声震荡的手段对催化剂涂层载体进行了牢固性检测。结果发现,在苛刻的水环境中超声振动下凹凸棒石涂层脱落比较严重,表明涂层与基体结合的不牢固,不具备作为柴油车尾气净化载体的条件。其次,针对涂层易脱落现象,本文进而在以上筛选的最佳的浆液固液比基础上添加了适量的黏结剂。通过探究不同种类的黏结剂、H2O2处理、煅烧温度及凹凸棒石粒径大小等方面对涂层机械稳定性的影响,采用BET、SEM及超声震荡等手段评价涂层对基体结构表面性质的影响。结果表明,适量粘结剂的添加提高了涂层的机械稳定性能,凹凸棒石涂层有效增加了载体的比表面积和孔体积,针对这一结果,本文对粘结剂进行讨论。再次,采用悬浮浆液法将凹凸棒石(PG)涂覆于堇青石蜂窝陶瓷(CC)基体上,制取PG-CC涂层载体,利用过饱和浸渍法负载MnOx制备MnOx/PG-CC催化剂应用于柴油车尾气SCR脱硝。考察了制备条件对催化剂低温SCR活性的影响,采用BET、SEM-EDS、XRD手段对催化剂的理化性质进行了分析表征,探讨了催化剂结构特性与活性间的构效关系。研究发现,堇青石基体经PG涂层后,对活性组分的一次负载量显著增加,由3%增至13%,对应的催化剂低温脱硝活性显著提高,在100℃脱硝活性由10%提高到78%。结果分析表明,堇青石基体经PG涂层后比表面积大幅度增加,可以承载更高的活性组分,且活性组分具有更好的分散性,从而使得催化剂的活性点增加；另一方面,PG涂层催化剂具有更高的表面Mn4+/Mn3+价态比,更有利于催化剂的低温选择性催化还原法(SCR)活性。活性组分MnOx与PG涂层之间的协同作用是导致催化剂低温SCR脱硝活性得以提升的关键因素。这一研究结果表明,通过对堇青石蜂窝基体进行凹凸棒石涂层后采用浸渍法负载锰氧化物,可制备出具有较高低温SCR活性的蜂窝式模块催化剂。最后,通过活性评价研究了模拟汽车尾气中水蒸气对Mn13/PG-CC催化剂低温SCR脱硝活性的影响,发现在低温下该催化剂的脱硝活性受水蒸气的影响较为严重。为了进一步提高催化剂的低温耐水脱硝活性,本文将铈的氧化物作为助剂,对Mn13/PG-CC催化剂进行改性。发现铈氧化物的掺杂改性提高了催化剂的低温SCR脱硝活性。同时空速为26000 h-1,对于尾气中水汽含量的耐受性达到15%,高于其他类型的车用催化剂耐水性的5～10%,并且水蒸气对催化剂的影响是可逆的,经过热处理后的催化剂脱硝活性可以恢复。
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【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X734.2;TQ426

【参考文献】