新型低温锰钴脱硝催化剂的制备及其性能研究

发布时间：2017-07-19 02:18

  本文关键词：新型低温锰钴脱硝催化剂的制备及其性能研究

  更多相关文章： 选择性催化还原 Mn_2Co_1O_x 燃烧法 水热法

【摘要】：燃煤发电厂排放的氮氧化物是公认的一系列环境问题的主要来源之一。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)技术是目前公认的脱除氮氧化物的最佳方式。锰基催化剂因其卓越的低温活性和优秀的氧化还原能力而受到广泛关注。但是锰基催化剂对SO_2特别敏感,容易造成催化剂的失活。通过掺杂过渡金属元素来改善锰基催化剂的性能。钴氧化物拥有优异的氧化还原性能和形态学特征,故在催化剂领域已得到广泛的研究,但是锰钴混合氧化物催化剂在脱硝领域研究相对较少。本论文将通过不同的制备方法制备一系列锰钴复合氧化物催化剂,改善催化剂的形貌,提高催化剂的脱硝性能,改善催化剂的抗SO_2中毒能力。采用一步燃烧法制备了多孔Mn_2Co_1O_x催化剂,分别探究了煅烧温度、煅烧时间、不同摩尔比以及空速对催化剂脱硝效率的影响。当煅烧温度为450℃,煅烧时间为2h,Mn/Co摩尔比为2,空速为30 000h-1时,催化剂的脱硝活性最高。采用一步燃烧法制备的多孔Mn_2Co_1O_x催化剂具有较好的SCR性能,在150-300℃之间有100%的NO_x转化率。同时,催化剂表现出高的N_2选择性,宽的操作温度窗口,高的稳定性和抗水抗硫性能。采用XRD,SEM,BET,XPS,H2-TPR和NH_3-TPD对催化剂进行表征,XRD数据显示Mn_2Co_1O_x(CB)催化剂形成的CoMn_2O4晶相是一个重要的活性物种。从微观结构测试(SEM)和比表面积(BET)测试结果说明催化剂具有多孔网状结构和高比表面积,有助于提高催化剂的脱硝活性。XPS数据论证了催化剂上存在丰富的Mn4+、Co3+和表面吸附氧物种。同时,锰和钴氧化物之间的协同作用增强了催化剂的氧化还原性能,带来了丰富的酸性位,从而提高了催化剂的脱硝活性。由水热法制备的Mn_2Co_1O_x催化剂获得了较高的脱硝活性,在175-325℃之间脱硝效率达到90%以上,在100-375℃之间保持着85%以上的N_2选择性。Mn_2Co_1O_x(HT)催化剂的针状纳米花结构极大地提高了催化剂的比表面积,而且提供了丰富的Br?nsted和Lewis酸性位,为Mn_2Co_1O_x(HT)催化剂优异的催化活性提供了丰富的理论依据。另外,MnO_x和CoO_x物种之间的协同作用促进了催化循环,抑制了催化剂表面硫酸盐的生成,从而提高了Mn_2Co_1O_x(HT)催化剂的抗水抗硫能力和稳定性。
【关键词】：选择性催化还原 Mn_2Co_1O_x 燃烧法 水热法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 氮氧化物污染现状11
• 1.2 氮氧化物污染控制技术11-12
• 1.3 选择性催化还原(SCR)技术12-13
• 1.4 SCR脱硝催化剂13-14
• 1.4.1 中高温SCR催化剂13-14
• 1.4.2 低温SCR催化剂14
• 1.5 低温锰基脱硝催化剂14-17
• 1.5.1 负载型锰基催化剂14-15
• 1.5.1.1 TiO_2负载催化剂14-15
• 1.5.1.2 Al_2O_3负载催化剂15
• 1.5.1.3 其他催化剂载体15
• 1.5.2 非负载型锰基催化剂15-17
• 1.5.2.1 纯的MnO_x催化剂15-16
• 1.5.2.2 单一元素掺杂的锰基催化剂16
• 1.5.2.3 多种元素掺杂的锰基催化剂16-17
• 1.6 本课题的选题依据和研究内容17-18
• 第2章 实验原料及方法18-25
• 2.1 实验原料及仪器18-19
• 2.1.1 实验原料18
• 2.1.2 实验仪器18-19
• 2.2 Mn-Co催化剂粉体的制备19-20
• 2.2.1 一步燃烧法19-20
• 2.2.2 水热法20
• 2.2.3 共沉淀法20
• 2.3 催化剂的活性评价20-22
• 2.3.1 催化剂的活性测试系统20-22
• 2.3.1.1 气体发生系统20-21
• 2.3.1.2 催化剂反应系统21
• 2.3.1.3 烟气分析系统21-22
• 2.3.2 催化剂的活性评价方法22
• 2.4 催化剂的表征22-25
• 2.4.1 扫描电子显微镜（SEM）22
• 2.4.2 X射线衍射(XRD)22-23
• 2.4.3 氮气吸脱附(BET)测试23
• 2.4.4 热重(TG)分析23
• 2.4.5 X射线光电子能谱(XPS)表征23
• 2.4.6 程序升温还原(TPR)分析23-24
• 2.4.7 程序升温脱附(TPD)分析24-25
• 第3章 燃烧法制备的Mn-Co系列催化剂的性能研究25-47
• 3.1 煅烧温度对Mn_2Co_1O_x(CB)脱硝性能的影响25-29
• 3.1.1 热重(TG)分析25-26
• 3.1.2 晶体形态分析26-27
• 3.1.3 表面形貌分析27
• 3.1.4 不同煅烧温度下制备的Mn_2Co_1O_x(CB)的脱硝效率27-29
• 3.2 煅烧时间对Mn_2Co_1O_x(CB)脱硝性能的影响29-31
• 3.2.1 晶体形态分析29
• 3.2.2 表面形貌分析29-30
• 3.2.3 不同煅烧时间制备的Mn_2Co_1O_x(CB)的脱硝效率30-31
• 3.3 Mn/Co不同比例对MnaCobO_x(CB)脱硝性能的影响31-34
• 3.3.1 晶体形态分析31-32
• 3.3.2 表面形貌分析32
• 3.3.3 Mn/Co不同比例的MnaCobO_x(CB)催化剂的脱硝效率32-34
• 3.4 不同空速对Mn_2Co_1O_x(CB)催化剂脱硝性能的影响34-35
• 3.5 Mn_2Co_1O_x(CB)脱硝催化剂的性能研究35-46
• 3.5.1 脱硝效率和N_2选择性测试35-37
• 3.5.2 晶体形态分析37
• 3.5.3 表面形貌和比表面积分析37-39
• 3.5.4 表面元素分析39-41
• 3.5.5 氧化还原性能分析41-42
• 3.5.6 表面酸强度分析42-43
• 3.5.7 稳定性测试43
• 3.5.8 抗水和抗硫性测试43-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 水热法制备的Mn_2Co_1O_x催化剂的性能研究47-58
• 4.1 脱硝效率和N_2选择性测试47-48
• 4.2 催化剂物化性质表征48-54
• 4.2.1 晶体形态分析48-49
• 4.2.2 表面形貌和比表面积分析49-50
• 4.2.3 表面元素分析50-52
• 4.2.4 氧化还原性能分析52-53
• 4.2.5 表面酸强度分析53-54
• 4.3 稳定性测试54-55
• 4.4 抗水和抗硫性测试55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 结论与展望58-60
• 结论58-59
• 展望59-60
• 参考文献60-66
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单66-67
• 致谢67

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本文编号：560831