锰基催化剂研制及其低温选择性催化还原NO_X机理研究

发布时间：2017-04-20 13:03

  本文关键词：锰基催化剂研制及其低温选择性催化还原NO_X机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 氨气选择性催化还原NOx(Selective Catalytic Reduction of NOx by ammonia,NH_3-SCR)是一种有效的固定源高温烟气脱硝技术。如何在低温条件下(150℃)实现烟气脱硝是国内外学术界和工业界研究的热点。本文模拟固定源烟气排放特征,开展低温NH_3-SCR锰基催化剂的研制及其反应机理的研究。通过催化剂配方和制备工艺的筛选优化,研制出负载型MnOX/TiO_2和非负载型MnOX两类催化剂,利用N2吸附比表面积测试(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和原位漫反射傅立叶变换红外光谱(DRIFTS)等方法对催化剂进行了系统表征,结合催化剂活性评价结果,初步探讨了低温NH_3-SCR的反应机理。主要研究成果如下: 采用浸渍法制备的负载型MnOX/TiO_2催化剂具有良好的低温NH_3-SCR性能,100℃时即有70%的NOX去除效果,150～200℃温度区间内NOX转化率接近100%。研究表明前驱体对MnOX/TiO_2的低温活性有显著影响;采用乙酸锰为前驱体的MnOX/TiO_2低温活性明显优于硝酸锰为前驱体制备的催化剂,前者表面较高的Mn原子浓度和无定形Mn2O3物种是该催化剂具有优异低温活性的主要原因。 采用流变相法制备的非负载型MnOX催化剂具有优异的低温NH_3-SCR活性,在50℃时NOX转化率达60%,80℃时NOX接近100%转化。通过对新鲜样品的表征分析,该催化剂活性中心为MnO_2微晶,晶粒大小为10nm左右,其晶格常数符合ε-MnO_2的晶体特征。 DRIFTS研究表明,低温条件下(150℃)NH_3在非负载型MnOX催化剂表面形成的吸附NH_3物种和NH4+都能参与SCR反应;NO在MnOX催化剂表面形成的桥式硝基-亚硝酸盐物种和表面吸附的NO_2物种可与催化剂表面的NH_3吸附物种反应,而双齿硝酸盐物种则不能被NH_3还原。研究进一步明确了NH_3在MnOX催化剂表面的吸附活化是SCR反应的初始步骤,而NO氧化为表面弱吸附的NO_2和桥式硝基-亚硝酸盐物种的过程则是整个SCR反应的控制步骤,在此基础上提出了非负载型MnOX催化剂上低温NH_3-SCR可能的反应路径。
【关键词】：固定源 脱硝 低温 选择性催化还原 锰基催化剂
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 前言9-25
• 1.1 引言9-10
• 1.2 固定源NO_X 控制技术10-12
• 1.2.1 低NO_X 燃烧技术10
• 1.2.2 烟气脱硝技术10-12
• 1.3 NH_3 选择性催化还原NO_X 技术12-20
• 1.3.1 NH_3-SCR 技术原理12-15
• 1.3.2 NH_3-SCR 催化剂15-19
• 1.3.3 NH_3-SCR 系统19-20
• 1.4 低温锰基催化剂NH_3-SCR 技术研究进展20-22
• 1.4.1 传统NH_3-SCR 技术和低温NH_3-SCR 技术20-21
• 1.4.2 低温锰基催化剂研究进展21-22
• 1.5 本研究的目的、意义和内容22-25
• 1.5.1 研究目的和意义22-23
• 1.5.2 研究内容和技术路线23-25
• 第2章 实验系统和方法25-33
• 2.1 化学试剂和药品25
• 2.2 实验主要仪器设备25-27
• 2.2.1 烟气分析仪25-27
• 2.2.2 原位漫反射傅立叶变换红外光谱仪27
• 2.3 催化剂的制备方法27-28
• 2.3.1 负载型催化剂的制备方法28
• 2.3.2 非负载型催化剂的制备方法28
• 2.4 催化剂活性评价系统和方法28-30
• 2.5 催化剂表征方法30-33
• 2.5.1 催化剂BET 测定30
• 2.5.2 催化剂XRD 分析30
• 2.5.3 催化剂XPS 分析30
• 2.5.4 催化剂TG/DTA 分析30-31
• 2.5.5 催化剂TEM 和EDS 分析31
• 2.5.6 催化剂Raman 分析31
• 2.5.7 催化剂TPD 分析31
• 2.5.8 催化剂原位红外DRIFTS 分析31-33
• 第3章 负载型MNO_X/TiO_2催化剂低温选择性催化还原NO_X33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 实验设计33
• 3.3 负载型MnO_X/TiO_2 催化剂低温选择性催化还原NO_X 活性研究33-38
• 3.3.1 不同前驱体对MnO_X/TiO_2 催化剂活性的影响33-34
• 3.3.2 锰负载量对MnO_X/TiO_2 催化剂活性的影响34-35
• 3.3.3 O_2 浓度对MnO_X/TiO_2 催化剂活性的影响35-36
• 3.3.4 烟气流量对MnO_X/TiO_2 催化剂活性的影响36-37
• 3.3.5 H_2O 和SO_2 对MnO_X/TiO_2 催化剂活性的影响37-38
• 3.4 前驱体对MNO_X/TiO_2 催化剂表面物种和催化活性的影响38-43
• 3.4.1 催化剂物理参数的比较38-39
• 3.4.2 催化剂XRD 分析39-40
• 3.4.3 催化剂TG/DTA 分析40-41
• 3.4.4 催化剂XPS 分析41-42
• 3.4.5 催化剂上NH_3 吸附的FT-IR 分析42-43
• 3.4.6 前驱体对MnO_X/TiO_2 催化性能的影响小结43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 非负载型MNO_X催化剂低温选择性催化还原NO_X45-65
• 4.1 引言45
• 4.2 实验设计45
• 4.3 非负载型MNO_X 低温选择性催化还原NO_X45-53
• 4.3.1 焙烧温度对MNO_X 催化剂活性的影响45-47
• 4.3.2 H_2O 和SO_2 共存对MNO_X 催化剂活性的影响47-48
• 4.3.3 SO_2 与NO 在MNO_X 催化剂上的竞争性吸附研究48-49
• 4.3.4 H_2O 对MNO_X 催化剂活性的影响49-51
• 4.3.5 H_2O 对MNO_X 催化剂活性影响的机理分析51-53
• 4.4 非负载型MNO_X 催化剂的表征53-58
• 4.4.1 XPS 分析53-54
• 4.4.2 Raman 分析54-55
• 4.4.3 TEM 分析55-57
• 4.4.4 非负载型MNO_X 催化剂表征小结57-58
• 4.5 非负载型MNO_X 催化剂抗水性能研究58-63
• 4.5.1 机械混合PTFE 对MNO_X 催化剂抗水性能的影响58-60
• 4.5.2 添加疏水材料对MNO_X 催化剂抗水性能的影响60-62
• 4.5.3 添加助剂对MNO_X 催化剂抗水性能的影响62-63
• 4.6 本章小结63-65
• 第5章 MNO_X催化剂低温选择性催化还原NO_X机理研究65-81
• 5.1 引言65
• 5.2 实验设计65-66
• 5.2.1 MNO_X 催化剂上反应物吸附态研究实验65
• 5.2.2 MNO_X 催化剂上瞬态DRIFTS 实验65-66
• 5.2.3 MNO_X 催化剂上稳态DRIFTS 实验66
• 5.3 反应物NH_3、NO 和O_2 在MNO_X 催化剂表面的吸附态研究66-72
• 5.3.1 NH_3 的吸附态DRIFTS 研究66-67
• 5.3.2 NH_3＋O_2 的吸附态DRIFTS 研究67-68
• 5.3.3 NO 的吸附态DRIFTS 研究68-71
• 5.3.4 NO＋O_2 的吸附态DRIFTS 研究71-72
• 5.4 瞬态反应DRIFTS 研究72-75
• 5.4.1 低温附饱和NH_3 后通入NO 的瞬态DRIFTS 研究72-73
• 5.4.2 低温吸附饱和NH_3 后通入NO＋O_2 的瞬态DRIFTS 研究73-74
• 5.4.3 低温吸附饱和NO＋O_2 后通入NH_3 的瞬态DRIFTS 研究74
• 5.4.4 低温吸附饱和NO＋O_2 后通入NH_3＋O_2 的瞬态DRIFTS 研究74-75
• 5.5 稳态反应DRIFTS 研究75-77
• 5.5.1 低温NH_3＋NO 反应的稳态DRIFTS 研究76-77
• 5.5.2 低温NH_3＋NO＋O_2 反应的稳态DRIFTS 研究77
• 5.6 MNO_X 催化剂上低温NH_3-SCR 反应路径推测77-78
• 5.7 本章小结78-81
• 第6章 结论和建议81-83
• 6.1 结论81-82
• 6.2 建议82-83
• 参考文献83-90
• 致谢90-91
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果91

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 耿春香;刘文蓉;柴倩倩;王陈珑;;Mn-Ce/TiO_2低温脱硝催化剂的性能[J];化工进展;2012年06期

2 耿春香;刘文蓉;张丙华;柴倩倩;;载体成型条件对低温脱硝Mn-Ce/TiO_2催化剂的影响[J];化工进展;2012年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 管斌;低温选择性催化还原氮氧化物的基础研究[D];上海交通大学;2012年

  本文关键词：锰基催化剂研制及其低温选择性催化还原NO_X机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：318708