含铁SCR脱硝催化剂的制备及性能研究

发布时间：2017-10-05 05:33

  本文关键词：含铁SCR脱硝催化剂的制备及性能研究

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【摘要】：氮氧化物是主要的大气污染物,也是酸雨的主要成分。为了保持科学技术的持续长久发展以及更广大范围内的人们生活水平的改善,我国每年NOx的排放量呈越来越多的趋势。若不采用一系列方法对NOx排放量进行控制,人们的生产和生活将会受到严重的影响。选择性催化还原(SCR)技术是工业上控制NOx排放量的重要手段,催化剂是整个SCR技术的关键。铁及其氧化物因具有催化活性高、经济成本低、无毒性等特点,最近几年开始在低温氨选择性催化还原反应中得到了研究者的广泛关注。本文采用不同的方法制备了一系列含铁的脱硝催化剂,主要内容如下:通过浸渍的方法,在堇青石基体上负载上TiO_2溶胶作为载体,然后再采用浸涂方式负载上Fe、Ce等活性成分,最终制得负载型整体式蜂窝堇青石陶瓷催化剂。借助XRD、BET等多种表征手段对催化剂的制备工艺(包括基体酸洗浓度和时间、载体溶胶涂覆次数和时间、活性组分浸渍次数和时间)对载体涂层和活性组分负载量、催化剂结构形貌、氧化还原性能及催化活性等的影响进行了详细的研究。研究了活性组分和煅烧温度对制备负载型蜂窝陶瓷催化剂催化活性的影响。对制备的负载型整体式蜂窝堇青石陶瓷催化剂用XRD、H_2-TPR、NH3-TPD、BET等方法进行了表征。并考察了老化温度对该负载型催化剂在低温段和高温段的脱硝活性的影响。实验结果表明:在涂覆过程中,涂覆时间会影响钛溶胶在堇青石基体表面的涂覆,涂覆3 h后溶胶颗粒可以在基体表面达到吸附饱和。随着涂覆次数的增加,载体涂层上的活性组分总载荷量增加,但其载荷增量呈逐渐下降趋势。涂覆3次后载荷达到饱和。质量浓度为10%草酸处理12 h后的堇青石基体的比表面积增加最大,表明酸处理可以使得负载型堇青石蜂窝陶瓷催化剂的比表面积变大,从而有利于活性组分与气体分子充分接触,提高脱硝效果,制得的催化剂的脱硝活性优异。在浸渍活性组分的过程中,浸渍时间会影响活性组分在堇青石基体表面的浸渍,浸渍1.5 h后溶胶颗粒可以在基体表面达到吸附饱和;增加活性组分浸渍次数,活性组分负载量增量并没有随浸渍次数的增加而增加,而是在第一次浸渍增加之后呈现快速下降的态势。所以考虑活性组分浸渍次数为一次为宜。对不同铈铁比的负载型整体式蜂窝堇青石陶瓷催化剂的表征比较发现,铈铁摩尔比为4时的催化剂具有相对比较高的催化活性。考察了金属氧化物种类、金属氧化物组成等因素对无堇青石做基底的多金属氧化物催化剂脱硝的影响。对催化剂采用XRD、H_2-TPR、NH3-TPD、BET等方法进行了表征,并对其活性进行了评价。实验结果表明:复合金属氧化物催化剂的最佳配比为Mn-Ce-Fe摩尔含量比为0.5:4:1;以最佳的配比制备出的复合金属氧化物催化剂脱硝性能及抗硫性能都很优异。掺杂后的催化剂可以获得更大的比表面积,使得氨气的吸附得以更充分地进行,进而促进了SCR反应,最终使得脱硝活性在整体上得以提高,脱硝活性温窗得以拓宽。
【关键词】：氧化铁 脱硝 选择性催化还原 堇青石
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701;O643.36
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 课题背景10-12
• 1.1.1 氮氧化物的形成10-12
• 1.1.2 氮氧化物污染与危害12
• 1.2 氮氧化物的控制技术12-14
• 1.2.1 燃烧中脱硝技术12-13
• 1.2.2 燃烧后脱硝13-14
• 1.3 SCR烟气脱硝技术14-16
• 1.3.1 SCR脱硝基本原理14-15
• 1.3.2 SCR技术反应机理15
• 1.3.3 SCR脱硝催化剂15-16
• 1.4 铁基脱硝催化剂16-22
• 1.4.1 铁基脱硝催化剂研究进展16-17
• 1.4.2 铁基催化剂脱硝机理17-22
• 1.5 催化剂制备工艺研究22-24
• 1.5.1 蜂窝状SCR脱硝催化剂制备22-23
• 1.5.2 整体式SCR脱硝催化剂构造23-24
• 1.6 研究目的及主要研究内容24-26
• 1.6.1 研究目的24
• 1.6.2 主要研究内容24-26
• 2 实验部分26-32
• 2.1 实验内容与方法26-27
• 2.1.1 实验试剂26-27
• 2.1.2 实验仪器设备27
• 2.2 催化剂活性评价27-29
• 2.2.1 催化剂活性评价装置27-28
• 2.2.2 催化剂活性测试28-29
• 2.3 催化剂的表征方法29-32
• 2.3.1 晶型结构分析29
• 2.3.2 X射线光电子能谱（XPS)分析29
• 2.3.3 BET比表面积及孔结构分析29-30
• 2.3.4 表面酸性及氧化还原特性分析30-32
• 3 以堇青石蜂窝陶瓷为基底的涂覆型催化剂的制备32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 钛溶胶改性32-34
• 3.2.1 钛溶胶的制备32-33
• 3.2.2 钛溶胶的浸渍33
• 3.2.3 涂覆时间对钛溶胶表面改性的影响33-34
• 3.2.4 涂覆次数对负载量的影响34
• 3.3 堇青石基体表面的酸洗处理34-36
• 3.3.1 催化剂元素XRD测试35-36
• 3.4 酸处理对堇青石基体性能的影响36-39
• 3.4.1 酸处理时间对脱硝性能的影响38-39
• 3.5 活性组分负载39-43
• 3.5.1 活性组分浸渍时间对负载量的影响40-41
• 3.5.2 活性组分浸渍次数对负载量的影响41-43
• 3.6 成型催化剂焙烧后扫面电镜(SEM)图43
• 3.7 本章小结43-46
• 4 堇青石蜂窝陶瓷涂覆型催化剂脱硝性能的研究46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 催化剂的脱硝活性46-52
• 4.2.1 铈铁比对Ce(x)-Fe/ TiO_2/CC催化剂SCR脱硝性能的影响46-47
• 4.2.2 煅烧温度对Ce(x)-Fe/ TiO_2/CC催化剂SCR脱硝的影响47-48
• 4.2.3 Ce(x)-Fe/ TiO_2/CC催化剂的XRD谱图48-49
• 4.2.4 Ce(x)-Fe/ TiO_2/CC催化剂的N_2吸附测试49-50
• 4.2.5 Ce(4)-Fe/ TiO_2/CC催化剂的表面形貌分析50-51
• 4.2.6 氧化还原性能分析(H_2-TPR)51
• 4.2.7 X射线光电子能谱分析(XPS)51-52
• 4.3 Ce(4)-Fe/TiO_2/CC催化剂的老化实验52-58
• 4.4 本章小结58-60
• 5 多组分金属氧化物脱硝催化剂的性能的研究60-68
• 5.1 催化剂的脱硝活性60-63
• 5.1.1 单组份金属氧化物催化剂的脱硝活性60-61
• 5.1.2 双组份金属氧化物催化剂的脱硝活性61-62
• 5.1.3 三组分金属氧化物催化剂的脱硝活性62-63
• 5.2 催化剂的性能表征63-64
• 5.2.1 BET比表面积分析63
• 5.2.2 Mn(0.5)-Fe（1）-Ce(4)/TiO_2催化剂的物相分析63-64
• 5.2.3 Mn(0.5)-Fe（1）-Ce(4)/TiO_2催化剂的表面形貌分析64
• 5.3 抗硫性能测试64-66
• 5.4 本章小结66-68
• 6 结论68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-78
• 附录78
• A. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果78

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