钒锰复合氧化物低温脱硝催化剂的制备及反应机理

发布时间：2017-09-01 19:46

  本文关键词：钒锰复合氧化物低温脱硝催化剂的制备及反应机理

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【摘要】：氮氧化物(NO_x)是造成雾霾、酸雨和光化学烟雾等大气污染的重要成分。NO_x的防治必将是“十三五”期间环境污染治理的重中之重。目前,以NH_3为还原剂选择性催化还原NO_x(NH_3-SCR)技术是商业化最成熟的脱硝技术,而该技术的核心是催化剂。传统的V2O5-WO3/TiO_2活性温度窗口窄、操作温度高的缺点使其无法适用于低温环境下脱硝处理。因此,开发具有优良低温脱硝活性的催化剂并探究其反应机理,对脱硝行业的进步和发展具有重要意义。本文首先采用溶胶凝胶法合成一系列钒锰复合氧化物低温脱硝催化剂。然后通过X射线粉末衍射(XRD)、N_2吸脱附分析、透射电镜(TEM)、X射线吸收精细结构(XAFS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)和NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)等表征技术对钒锰复合氧化物进行了表征。表征结果说明,钒锰复合氧化物由Mn2V2O7和Mn2O3两相组成,但两相间没有新的配位结构形成;复合体系随着钒含量的增加,氧化还原能力降低,但两相在还原过程中存在相互作用;钒的添加并没有明显改变复合体系的酸性位含量。脱硝性能测试和动力学反应速率测试说明钒锰复合体系脱硝性能比纯物质高。NO氧化和NH_3氧化实验说明钒锰复合体系具有较强的氧化能力,且随着钒添加量的增加而减弱,NH_3的过氧化是催化剂在NH_3-SCR反应过程中N_2选择性较低的原因之一。通过NH_3吸附及升温脱附原位红外光谱,确定Mn2O3只有Lewis酸位而无Br?nsted酸位,低温NH_3-SCR主要发生在催化剂在Lewis酸位上;预先吸附NO+O_2后通入NH_3和预先吸附NH_3后通入NO+O_2的原位红外,确定钒锰复合体系在低温下遵循Eley-Rideal反应机理。NH_3活化成NH_2是反应的控制步骤,而NH_2NO是反应的主要中间物种。根据表征和性能测试结果,提出了NH_2溢流反应机理。对于复合体系,Mn2O3可以将吸附的NH_3活化成NH_2,然后溢流到活化NH_3能力较弱的Mn2V2O7上,一方面降低NH_2过氧化的量,提高了整体的N_2选择性,另一方面增强整体的NO_x转化率。采用硬模板法合成出高比表面积的钒锰复合氧化物,并通过XRD谱图和N_2吸脱附对催化剂进行了晶相结构和孔结构的表征,然后对其脱硝性能进行了测试。发现硬模板法明显提高催化剂比的表面积,但是Mn2V2O7受NaOH影响而解离并在复合体系中产生Mn2O3,进而导致催化剂低温NO_x转化率升高,而N_2选择性下降。
【关键词】：NH_3-SCR 钒锰复合氧化物 原位红外 NH_2溢流 硬模板法
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701;O643.36
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 氮氧化物的来源及危害11-13
• 1.2.1 氮氧化物的种类和来源11-12
• 1.2.2 氮氧化物的危害12-13
• 1.3 氮氧化物的控制措施13-15
• 1.4 NH_3-SCR脱硝技术概述15-21
• 1.4.1 NH_3-SCR脱硝技术基本原理15-16
• 1.4.2 NH_3-SCR脱硝催化剂16-19
• 1.4.3 脱硝催化剂的制备方法及成型工艺19-21
• 1.5 低温NH_3-SCR脱硝催化剂的发展现状21-22
• 1.6 研究目的和内容22-24
• 第二章 实验原料及研究方法24-32
• 2.1 实验原料和仪器24-25
• 2.1.1 实验试剂24
• 2.1.2 实验气体24
• 2.1.3 实验仪器24-25
• 2.2 催化剂的表征方法25-28
• 2.3 催化剂的性能测试28-30
• 2.3.1 催化剂的脱硝活性测试28-29
• 2.3.2 催化剂的反应速率测试29
• 2.3.3 催化剂的NO氧化性能测试29-30
• 2.3.4 催化剂的NH_3氧化性能测试30
• 2.4 机理验证实验方法30-32
• 第三章 钒锰复合氧化物催化剂制备及表征32-50
• 3.1 钒锰复合氧化物的制备32-34
• 3.2 钒锰复合氧化物的表征34-48
• 3.2.1 XRD表征结果及分析34-36
• 3.2.2 N_2吸脱附结果及分析36-38
• 3.2.3 TEM表征结果及分析38-41
• 3.2.4 H_2-TPR表征结果及分析41-44
• 3.2.5 NH_3-TPD表征结果及分析44-46
• 3.2.6 XAFS表征结果及分析46-48
• 3.3 本章小结48-50
• 第四章 钒锰复合氧化物低温脱硝活性及反应机理50-76
• 4.1 催化剂的性能测试结果51-60
• 4.1.1 催化剂的NH_3-SCR性能及分析51-53
• 4.1.2 催化剂的本征反应速率53-57
• 4.1.3 催化剂的NO氧化结果及分析57-58
• 4.1.4 催化剂的NH_3氧化结果及分析58-60
• 4.2 原位红外表征结果60-69
• 4.2.1 NH_3室温吸附及升温脱附60-64
• 4.2.2 预先吸附NO+O_2后通入NH_3反应64-65
• 4.2.3 预先吸附NH_3后通入NO+O_2反应65-67
• 4.2.4 NO+O_2+NH_3程序升温表面反应67-69
• 4.3 催化剂反应机理69-75
• 4.3.1 NH_2物种溢流反应机理69-73
• 4.3.2 反应机理的验证73-75
• 4.4 本章小结75-76
• 第五章 介孔钒锰复合氧化物的制备及脱硝活性76-84
• 5.1 硬模板法制备介孔钒锰复合氧化物76-78
• 5.1.1 硬模板法简介76-77
• 5.1.2 催化剂的合成77-78
• 5.2 催化剂的表征78-81
• 5.2.1 XRD表征结果及分析78-79
• 5.2.2 N_2吸脱附测试结果及分析79-81
• 5.3 催化剂脱硝性能测试结果及分析81-83
• 5.4 本章小结83-84
• 第六章 结论与展望84-86
• 6.1 主要结论84-85
• 6.2 对后续工作的展望85-86
• 参考文献86-94
• 致谢94-96
• 附录96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：774083