金属改性分子筛对NO_x催化还原性能研究

发布时间：2020-09-25 14:29

　　随着我国经济社会的快速发展,由固定源、移动源排放的氮氧化物(NOx)等污染物引起的环境污染问题越来越严重。近年来有关氮氧化物的处理方法和技术越来越受到人们重视。目前,关于汽车尾气中NOx的处理,使用最多的方法还是NH_3选择性催化还原(NH_3-Selective Catalytic Reduction,NH_3-SCR),而催化剂是SCR技术研究的重点领域之一,研究、开发新的SCR催化剂具有广阔的应用前景。本文采用浸渍法和化学镀法分别制备了单金属Cu和单金属Co改性的SAPO-34分子筛催化剂,比较这两种方法制备的改性催化剂催化性能,采用SEM、BET、XRD等手段对制得的催化剂进行了表征。本文还采用浸渍法制备了双金属Cu-Co和多金属改性的SAPO-34分子筛催化剂,比较了单金属、双金属以及多金属改性的催化剂的区别与联系。在400℃温度下,采用丙烯气体对SAPO-34分子筛催化剂进行中毒测试,观察其在HC气体中度的情况下的催化性能,并对其反应机理进行分析。主要结果如下:(1)通过浸渍法和化学镀法分别制备单金属Cu和单金属Co改性SAPO-34分子筛催化剂,通过性能测试结果发现,浸渍法制备的金属改性催化剂的催化活性比化学镀法制备的金属改性催化剂稳定。而浸渍法制备的Cu改性的SAPO-34分子筛催化剂比Co改性的SAPO-34分子筛催化剂在NO转化效率高于80%时具有更宽的温度区间。通过对催化剂的SEM表征发现,化学镀法制备的改性催化剂表面的白色颗粒物呈现不规则形状,而且量比浸渍法制备的催化剂多,因为化学镀法制备的催化剂不如浸渍法制备的催化剂催化性能稳定,所以这些白色颗粒物可能在催化过程中起到阻碍作用。通过对催化剂的BET发现,化学镀法制备的催化剂比浸渍法制备的催化剂的比表面积和微孔体积都小,可能是化学镀法在镀金属在催化剂的过程中,发生了反应,生成的物质堵塞了催化剂的微孔体积。(2)Cu-Co双金属改性的SAPO-34分子筛催化剂在SCR催化系统中,催化活性结果表明:Cu改性分子筛催化剂掺杂Co后,Cu与Co的比例不同时,催化剂的性能有很大的区别,其中Cu:Co=3:1改性的分子筛催化剂的催化性能是双金属改性中较好的。(3)在双金属(Cu:Co=3:1)中再加入第三种金属后,观察多金属改性的催化剂的温度窗口,发现添加不同的第三种金属得出的催化剂催化性能有很大区别。在此实验中确定了Cu-Co-M改性分子筛催化剂中M为Fe,此种多金属改性的催化剂比其他多金属改性的催化剂催化性能更为理想;(4)通过分析比较单金属、双金属、多金属改性的SAPO-34分子筛催化剂的BET、XRD、TPD等表征结果,发现每增加一个金属改性SAPO-34分子筛催化剂,催化剂的比表面积就会下降,酸性位的强度和浓度也有所下降;比表面积、酸性位以及结晶程度均会对金属改性SAPO-34分子筛催化剂的催化活性产生影响。(5)400℃丙烯中毒后金属改性SAPO-34分子筛催化剂NO转化效率下降20%左右。经过SEM、TPD、BET等表征手段可以分析丙烯气体对金属改性SAPO-34分子筛催化剂的中毒影响机理,可能是丙烯气体参与到催化反应中,生成了覆盖催化剂活性位点的产物,使得比表面积下降,从而导致催化剂NO转化效率降低。
【学位单位】：安庆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O643.32
【部分图文】：

氮氧化物排放,总量

海洋污染以及由可吸入颗粒物和氮氧化物等气体组成的雾霾问题等是全世界围内环境问题的主要表现。在我国，随着雾霾等恶劣天气的影响，大气污染的问题已经走入人们视野，为主要环境问题之一。在“十一五”期间,电力行业是我国大气污染物的主要点的减排的排放源，在“十二五”期间，将氮氧化物排放量作为一项考核指标，气污染物减排重点为钢铁厂、火电厂、水泥厂和机动车，简称“三厂一车”，氨氮减排方面加入了农业污染源。图 1-1 所示，给出了 2008-2015 年我国氮化物的排放总量变化情况[1]。从图可以看出，在 2011 年以前， NOx 的总排放呈现增加趋势，而在 2011 年以后， NOx 排放量有逐年减少的趋势，这个结表明国家关于氮氧化物的减排政策起到一定效果，但由于总量还是很大，所以需进一步努力。图 1-2 机动车 NOx 排放量以及图 1-3 机动车 NOx 排放量占总放量的比重可以看出，虽然因为减排政策，2011 年以后的总 NOx 排放量有所少，但是机动车的 NOx 排放量却在逐年增加。所以关于机动车尾气中氮氧化排放的治理刻不容缓。图 1-2 中 2011 年机动车排放的 NOx 比 2010 年多出很，可能是统计方法的不一样，但是并不影响他的整体增加的趋势。

机动车,臭氧层,氮氧化物

图1-2 2008年-2015年全国机动车氮氧化物排放量Figure 1-2 National Motor Vehicle NOx Releases 2008-2015氮氧化物（ NOx）是大气中的有害物质，也是形成雾霾的重要成分，所以是当前中国的主要大气污染物之一，而氮氧化物（NOx）的污染问题是一个全规模的污染问题，能够对地球大气环境造成破坏，急需对其进行治理。它不仅引发温室效应[2]，而且会与臭氧层中的臭氧发生反应，最后破坏臭氧层[3]，还在大气层中发生反应生成硝酸，产生酸雨[4]，这些问题造成的危害主要表现[5,6]：（1）影响人类的身体健康[7-9]：常见的 NOx 主要包括 NO 和 NO2。NO 是无色有毒气体，人体吸入过量的氧化氮，能使妨碍人体神经中枢系统；NO2是有强烈刺激性气味的褐色气体，对人体造成很大损害[10]。（2）使气候变化和破坏臭氧层：氮氧化物会和臭氧发生反应，对平流层中的臭氧层造成破坏，使臭氧层隔离外光辐射的作用丧失，对臭氧层带来很大的危害[11]。全球气温变暖和臭氧层

氮氧化物排放,机动车,总量,比重

图 1-3 2008 年-2015 年机动车氮氧化物排放量占氮氧化物排放总量比重Figure 1-3 Nitrogen Oxides Emissions of Motor Vehicles in 2008-2015在固定源方面：我国电厂多为燃煤电厂，我国能源结构是以燃煤为主，目国内大多数的 NOx 是由煤燃烧所形成的，这会对我国大气环境质量造成严重响，在我国的能源消费中，煤炭占 70%左右，其中氮氧化物排放的 67%、二化硫排放量的 90%左右，这些都来自于燃煤方式[21]。所以在我国火力发电是氧化物排放的一大来源，因此，对火电厂的 NOx 排放控制力度加大已经刻不缓。在移动源方面：《2017 中国机动车环境管理年报》（以下简称“年报”）显示，016 年，机动车排放的 NOx 为 577.8 万吨，CO 为 3419.3 万吨，HC 为 422.0 万，PM 为 53.4 万吨。其中，按燃料来分，全国柴油车排放的 NOx 接近汽车排总量的 70%[20]。如果不加以控制，我国大气环境的可持续发展会面对巨大的胁。随着社会的发展和人们生活需求的增加，机动车已逐渐走入人们的视角，高人们的生活水平，满足了人们对于交通的需求，极大地缩短了在交通上花

【参考文献】