Mn基复合氧化物催化剂的制备及NOx消除性能研究

发布时间：2020-03-19 04:29

【摘要】：中国经济腾飞的同时,大气环境也面临着越来越多的危险。NO,x是世界上最多的大气污染物之一,因此,消除NOx亟不可待。从源头上消除氮氧化物对大气环境的维护是十分有现实意义的。NH3-SCR被认为是消除氮氧化物最好的方法;CO-SCR因为能够同时消除反应尾气中的CO和NO两种反应物而被重视。在NH3-SCR消除的催化剂中,Mn基催化剂是表现十分优异的低温脱硝催化剂,而在CO-SCR反应中,Mn基催化剂因为多变的价态可与活性物种有较好的相互作用。因此,我们选择Mn基催化剂作为我们课题的研究对象。采用改进的柠檬酸络合法制备了掺杂不同含量的Mn-Ce-Ti-O催化剂,结果表明,MCT-15/1样品在125℃活性便达到100%,同时我们发现,通过掺杂MnOx,催化剂的晶相由锐钛矿转化为金红石晶相,从而形成两相共生共存的特征。当掺杂MnOx含量在15%时,锐钛矿和金红石的XRD积分面积之比为1:1,随后我们通过XPS分别测试了催化剂各元素的价态,发现存在 Mn3++Ti4+—Mn4+ + Ti3+和 Mn3++ Ce4+ → Mn4++ Ce3+电子转移发生,H2-TPR显示独特的两相共生共存的特征有利于该催化剂还原性能的提升。随后通过原位红外漫反射光谱的解析提出了一种可能的反应机理。采用混合溶剂热法,通过改变制备溶剂乙二醇和乙醇的比例制备出不同晶粒大小的Mn-TiSnOx催化剂,通过XRD表征发现,当乙二醇和乙醇的比例为1:4时,催化剂的粒径尺寸最大,活性最好且活性温窗最宽。通过SEM和TEM表征发现混合溶剂热法制备的催化剂呈现典型的囊泡结构,其他物理化学表征说明了SnOx的掺杂提高了催化剂的比表面积、氧化还原性能、表面酸量,极大地提高了催化剂的活性。通过乙二醇溶剂热法成功制备了纳米片组装的花团结构MnFeOx催化剂,SEM和比表面积测试表明,独特的形貌为FeOx提供了非常大的比表面积和孔体积,原位红外漫反射光谱分析认为FeOx的掺杂提高了催化剂的CO吸附能力,进而有利于N2的选择性和CO-SCR的活性的提高。
【图文】：

Ｐｔ／Ｂａ０／Ａｌ２０３是这种消除氮氧化物方法的典型催化剂，该种催化剂选用具有大比表逡逑面积的Ａ１２０３作为载体，以ＢａＯ为储存Ｎ０Ｘ的仓库，以贵金属Ｐｔ作为催化氧化还原的逡逑活性组分［１６］。其原理如图１－１所示：逡逑ＮＯｘ邋Ｓｔｏｒａｇｅ邋Ｃｙｃｌｅ邋（ｆｕｅｌ邋ｌｅａｎ）逦Ｎ０Ｘ邋Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋Ｃｙｃｌｅ邋（ｆｕｅｌ邋ｒｉｃｈ）逡逑Ｓｔｅｐｓ邋Ｉ，邋ＩＩ邋（ｃａ．邋６０邋－邋９０邋ｓ）逦Ｓｔｅｐｓ邋ＩＩＩ，邋ＩＶ，邋Ｖ邋（ｃａ．邋３邋－邋５邋ｓ）逡逑ＨＣ，邋ＣＯ，邋Ｈ２逡逑／邋ｎ0２逡逑＝二；．＾＾Ｎ0３）ｊ逦Ｎ＾Ｈｉ0邋ｊ）逦，．Ｂａ（Ｎ０３），逡逑Ｍ２0ｌ逦１邋！＝＞逦１逦Ａｉ２ｏ＂逦逡逑图１邋－１传统的Ｐｔ／Ｂａ０／Ａｌ２０３催化削的ＮＯｘ存储－还原机理图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ａｎ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｏｓｓｉｂｌｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＮＯｘ邋ｓｔｏｒａｇｅ／ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋ｏｎ邋ａ邋ｔｙｐｉｃａｌ逡逑Ｐｔ／ＢａＯ／Ａｌ２0３邋ｃａｔａｌｙｓｔ．逡逑该反应过程可被分解为５个步骤：逡逑（

图邋２－ｌ（ａ）ＣＴ－（Ｖｌ，ＭＴ－１５／０邋和不同比例的邋ＭＣＴ－ｘ／ｙ（ｘ邋＝邋５，邋０，邋１５，邋２０邋和邋２５，邋ｙ＝ｌ）的邋ＮＯ邋转化率，（ｂ）逡逑ＭＣＴ－１５／１催化剂在７５和１００°Ｃ的稳定性，（ｃ）ＭＣＴ－１５／ｌ催化剂在不同空速下的ＮＯ转化率，（ｄ）逡逑ＭＣＴ－１５／１和ＭＣＴ－１５／２０催化剂的抗水抗硫性能逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋ＮＯ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓ邋ｏｆ邋（ａ）邋ＣＴ－０／１，邋ＭＴ－１５／０，邋ａｎｄ邋ｖａｒｉｏｕｓ邋ＭＣＴ－ｘ／ｙ邋（ｘ邋＝邋５，邋１０，邋１５，２０，邋ａｎｄ邋２５，邋ｙ邋＝邋１）逡逑ｃａｔａｌｙｓｔｓ，邋（ｂ）邋ＭＣＴ－１５／１邋ｃａｔａｌｙｓｔ邋ａｔ邋７５邋ａｎｄ邋１００邋°Ｃ邋ｆｏｒ邋６０邋ｈ，邋（ｃ）邋ＭＣＴ－１５／１邋ｃａｔａｌｙｓｔ邋ａｔ邋ｖａｒｉｏｕｓ邋ＧＨＳＶｓ．逡逑Ｔｈｅ邋ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ邋ｏｆ邋Ｓ0２邋ａｎｄ邋ｇａｓ邋Ｈ２Ｏ邋ｏｎ邋ＮＯ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋（ｄ）逡逑图邋２－１（ａ）展示了不同反应温度的邋ＣＴ－Ｏ／ｌ，ＭＴ－１５／０邋和各种邋ＭＣＴ－ｘ／ｙ邋（ｘ邋＝邋５，邋１０，邋１５，邋２０逡逑和２５，邋ｙ邋＝邋１）催化剂的ＮＯ转化率。ＣＴ－０／１催化剂在低温部分表现出非常差的ＮＯ转化逡逑率。将一系列Ｍｎ原子掺杂进入到ＣＴ－０／１催化剂中后，，Ｎ？转化率得到了很大改善。随逡逑着锰含量的增加，活性保持在５０％的温度（Ｔ５0）先减小后增加，当Ｍｎ0ｘ的掺杂量为１５％逡逑时，即ＭＣＴ－１５／１催化剂，由于Ｍｎ和Ｃｅ氧化物与Ｔｉ０２之间的强协同效应，该催化剂在逡逑１００－３００°Ｃ区间表现出最佳的低温催化性能。之后，我们又进一步探讨了各种气体质量逡逑空速（ＧＨＳＶｓ）对ＭＣＴ－１
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O643.36;X701

【参考文献】

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本文编号：2589712