镍锰氧化物复合低温脱硝催化剂的制备及性能研究

发布时间：2020-06-13 06:12

【摘要】：火电厂燃煤、锅炉燃煤、机动车尾气等向大气中排放的废气多以氮氧化物为主,这些废气是造成大气环境失衡的重要因素。而且可以引起很多生态安全问题,如酸雨、光化学烟雾和温室效应等。因此,最近高效的脱硝催化剂成为科研人员研究的重点。目前,氨选择性催化还原氮氧化物方法(NH_3-SCR)是脱硝工艺中广泛使用的技术之一,最受科研工作者的关注和研究。当前工业生产上使用的NH_3-SCR催化剂是以含钒或者锰的复合氧化物为主,但是该脱硝工艺存在许多缺点,如制备和运行成本较高、催化剂活性温度范围较高(300-400℃)、反应装置复杂、催化剂寿命短和易失活等。烟气中存有的SO_2气体,在温度范围为180-300℃内,和还原剂氨相互作用,易反应生成硫酸铵等物质,使排烟管道堵塞和设备腐蚀。而利用低温催化剂和烟气再加热技术,可实现先脱硫再脱硝,从而减少管道的阻塞。因此研发低成本、低反应温度、降解率高、稳定性高的SCR催化剂成为重中之重。本文首先采用共沉淀法,在相同的实验条件下合成一系列镍锰氧化物复合低温脱硝催化剂,并在相同的模拟烟气条件下进行了降解NO(NH_3-SCR)的活性测试并观察记录了其催化降解一氧化氮的性能。实验结果表明将乙酸镍和乙酸锰作为前驱体,碳酸铵作为沉淀剂而合成的催化剂在110℃时,NO转化率接近100%并在110℃-250℃保持着高的降解率;将草酸作为沉淀剂合成的催化剂在80℃下NO转化率高达了76%,90℃下NO转化率达到了100%,且在90℃-250℃保持着高的转化率。然后通过XRD、SEM、比表面积和孔径分析仪(BET和BJH)、XPS等表征技术方法对镍锰复合氧化物催化剂进行了测试。结果说明NiMnO_3、MnNi_2O_4、Mn_4O_3、NiO是催化反应中的主要反应物质。相比于将硝酸锰、硝酸镍作为前驱体,将乙酸锰、乙酸镍作为前驱体合成的催化剂,Mn~(4+)离子相对浓度提高。将草酸作为沉淀剂合成的催化剂具有最大的比表面积和更高相对浓度的表面吸附氧(Oα)和Mn~(4+)离子。这些可能是提高催化剂在低温区间降解NO效率的主要因素。
【图文】：

脱硝,性能测试,催化剂,实验装置

.1 催化剂活性评价装置的搭建实验样品的降解 NO 的活性评价过程是在自行设计和配装的实验设备上测。整个装置的连接如图 2-1 所示，催化剂的催化活性实验装置由三个模块构分别是模拟烟气配气装置、固定气体反应装置和烟气检测分析装置，其中 A阀门开关，B 代表流量计，C 代表反应装置，D 代表温控器，E 代表烟气分。实验样品的降解 NO 活性是在固定的反应装置中测试的，反应装置呈长管材质为石英，内径大小为 16mm。测试样品时，每次量取 200 mg 催化剂放英反应器中，通入常温常压下配制好的模拟烟气，烟气在石英管中连续流总流量为 260mL/min，GHSV 为 51000h-1。反应温度由插在反应炉中的热电实时监测，反应温度由程序升温控制器调节控制。气体流量分别由浮子流和质量流量计控制，使用烟气分析仪(TESTO350)在线检测模拟烟气和尾气 O2、NO 的含量。待气体含量达到预期值时开始加热，反应温度控制在 20℃℃，每隔 20℃保温 30min，待气体数值稳定再记录。

配气装置

图 2-2 配气装置图浓度的计算示，模拟烟气采用动态配气，先由四种气体混合后再压下，各气体的流量比及体积比，体积比即为各气体浓量为 260ml/min，配气时 NO 流量为 33ml/min、N气流量为 65ml/min、N2作为平衡气流量为 130ml/min。C(NO) =33/260 4000ppm≈500ppm C(NH3) =33/260 4000ppm≈500ppm C(O2) =65/260 20% ≈ 5% 积空速（GHSV）的计算空速是指每小时通过石英管中样品气体体积和样品体积1V
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X773;O643.36

【参考文献】