铜钛基氧化物的制备及其催化氨选择性还原NO的研究

发布时间：2020-10-15 01:24

　　 氮氧化物(NO_x)作为大气主要污染物之一,给人类健康和环境带来许多危害。因此,如何有效地消除NO_x的排放已经成为全球科学家关注的问题。NH_3选择性催化还原(NH_3-SCR)被认为是最有效的消除燃煤电厂、工业锅炉等固定源NO_x排放的方法。尽管V_2O_5-WO_3(MoO_3)/TiO_2作为一种商业催化剂已经应用于大型燃煤电厂烟气脱硝,但仍然存在操作温度窗口狭窄(300-400 ~oC),V_2O_5具有生物毒性,在高温时SO_2容易氧化成SO_3等问题。因此,本文通过在Ni-Ti和Ce-Ti体系中掺入适量的Cu来调变催化剂的氧化还原性和表面酸性,从而获得高活性、宽活性窗口的NH_3-SCR脱硝催化剂。采用溶胶凝胶法分别制备出了一系列Cu_mNi_(0.1-m)TiO_x(m=0,0.01,0.015,0.02,0.03和0.1)和Cu_mCe_(0.1-m)TiO_x(m=0,0.005,0.01,0.02,0.03和0.1)催化剂。并通过XRD、H_2-TPR、NH_3-TPD、XPS和in situ DRIFTS等表征探究Cu的掺入对催化剂结构和性能的影响。结果表明:Cu的掺入提高了催化剂的低温活性。Cu_(0.015)Ni_(0.085)TiO_x催化剂在空速为40 000 h~(-1)温度在205-425 ~oC范围内具有优异的活性(90%的NO转化率)。Cu_(0.01)Ce_(0.09)TiO_x催化剂在40 000 h~(-1)空速下在170-425 ~oC展现了出色的活性(90%的NO转化率)。通过in situ DRIFTS研究发现Ni_(0.1)TiO_x和Cu_(0.015)Ni_(0.085)TiO_x催化剂,Ce_(0.1)TiO_x和Cu_(0.01)Ce_(0.09)TiO_x催化剂的NH_3-SCR反应主要通过表面吸附的NO_x和NH_3物种之间进行,遵循L-H反应机理。
【学位单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X701;O643.36
【部分图文】：

一定的失活影响。停止通入 100 ppm 的 SO26 个5TiOx催化剂的 NO 转化率没有明显恢复，说明这种毒害作% H2O，其 NO 转化率降低到 63%然后保持稳定。当停止通恢复到 73%。这说明 H2O 对催化剂的活性有一定的毒害影逆性。随后同时通入 5% H2O 和 100 ppm SO2，NO 转化率持在 63% 左右。当停止通入 H2O 和 SO2以后，NO 转化率2O 和 SO2共同引起的催化剂的失活 SO2的失活作用不明显响，同时这种影响也是可逆的。通过对催化剂抗水抗硫实温 200oC 具有一定的抗 H2O 和抗 SO2性能。

300oC 时的 NH3转化率已经接近 100%。这也解释了 Cu0.015Ni0.085TiOx催化剂在高温具有良好 N2选择性的原因。根据文献[54,59]，过强的氧化性会导致 NH3的过氧化，从而降低高温选择性。所以，从上述结果可以发现，Cu0.015Ni0.085TiOx催化剂展现了合适的氧化性，这也导致其具有出色的 NH3-SCR 低温活性和高温 N2选择性。

都被 Cu 取代后，可以观察到 Cu0.1TiOx催化剂仅仅在 180-240oC 展现了 100% 的NO 转化率和 N2选择性。以上结果表明，铜的掺入能够提高催化剂的低温活性，而过多的铜则会导致催化剂高温活性的下降，这可能是由于催化剂在高温时 NH3发生了过度氧化。
【参考文献】

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本文编号：2841481