钴钛及铈铁催化剂的制备及其脱硝性能研究

发布时间：2017-08-19 02:37

  本文关键词：钴钛及铈钛催化剂的制备及其脱硝性能研究

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【摘要】：目前对于燃煤电厂氮氧化物(NOx)脱除最为有效的方法是以NH3为还原剂的选择性催化还原(NH3-SCR)技术。广泛应用的NH3-SCR脱硝催化剂为V2O5-WO3/TiO2,但由于该钒系催化剂仅适用于中高温工况和废弃后处理不当易对环境造成污染等原因,使得科研工作者对无钒且低温脱硝效果良好的催化剂的研究显得十分必要。本实验以探讨氧空位对NH3-SCR反应的促进作用及进一步提高钻钛和铈钛催化剂的低温脱硝活性为目的,提出制备掺杂型和负载型钴钛、铈钛催化剂的思路,并对其进行脱硝活性评价和反应过程分析。本实验采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了钴元素掺杂TiO2催化剂(Co-Ti)和以TiO2为载体的钴负载催化剂(Co/Ti),利用固定床测试系统测试两者的NH3-SCR脱硝活性,并结合一系列现代分析测试手段对催化剂进行系统研究。研究发现Co-Ti催化剂具有较好的低温脱硝活性。对比并分析Co-Ti和Co/Ti催化剂的X射线衍射(XRD)图谱、X射线光电子能谱(XPS)以及光致发光(PL)光谱可知,Co-Ti催化剂中Co2+掺杂进入TiO2晶格内部并取代Ti4+,促使该催化剂产生较多的氧空位,而氧空位可吸附并活化氧气产生化学吸附氧物种。结合电子顺磁共振(EPR)结果可知,由于Co-Ti催化剂中Co2+的掺杂使得该催化剂表面的超氧自由基数量增多,从而促进超氧自由基与吸附态的NO反应生成较多的SCR中间产物硝基类物种,从而促进了NH3-SCR反应的进行。因此,Co-Ti催化剂的脱硝活性优于Co/Ti催化剂的脱硝活性。基于钴钛催化剂的研究结果,实验又以提高铈钛催化剂的低温脱硝活性为目的,采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了掺杂型铈钛催化剂(Ce-Ti)和负载型铈钛催化剂(Ce/Ti),并对催化剂进行脱硝活性评价。研究结果表明,Ce-Ti催化剂具有较好的低温脱硝活性,在240℃时就可达到95%以上的NO脱除效率。利用一系列分析测试手段对催化剂进行分析测试。拉曼(Raman)和XPS结果表明,Ce-Ti催化剂中存在Ce-O-Ti结构,而且产生了较多对NH3-SCR反应有利的Ce3+和化学吸附氧物种。PL和EPR结果表明,Ce-Ti催化剂具有最多的Ce-口-Ti型氧空位,而且Ce-口一Ce型氧空位和Ti-口-Ti型氧空位并不能有效的产生超氧自由基,只有Ce-口-Ti型氧空位可以有效的吸附和活化氧气产生较多的超氧自由基,从而促进NH3-SCR反应的进行。
【关键词】：低温NH_3-SCR 脱硝催化剂 溶胶凝胶法 氧空位 超氧自由基
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X773;O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景11-14
• 1.1.1 氮氧化物的来源与危害11-12
• 1.1.2 我国燃煤电厂氮氧化物的排放现状12
• 1.1.3 燃煤电厂氮氧化物的减排控制技术12-14
• 1.2 NH_3-SCR技术14-16
• 1.2.1 NH_3-SCR烟气脱硝技术原理14-15
• 1.2.2 NH_3-SCR烟气脱硝技术反应过程15-16
• 1.3 NH_3-SCR脱硝催化剂研究进展16-21
• 1.3.1 V_2O_5-WO_3(MoO_3)/TiO_2催化剂16-17
• 1.3.2 非钒基金属氧化物催化剂17-20
• 1.3.3 分子筛催化剂20-21
• 1.4 课题的研究目的、思路和主要内容21-23
• 1.4.1 研究目的21
• 1.4.2 研究思路21-22
• 1.4.3 研究内容22-23
• 2 实验23-31
• 2.1 实验材料23-24
• 2.1.1 主要试剂23-24
• 2.1.2 主要仪器24
• 2.2 催化剂的制备24-26
• 2.2.1 钴钛催化剂的制备24-25
• 2.2.2 铈钛催化剂的制备25-26
• 2.3 实验采用的表征分析方法26-29
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)26-27
• 2.3.2 高分辨透射电镜(HRTEM)27
• 2.3.3 激光拉曼光谱(Raman)27
• 2.3.4 傅立叶变换红外光谱分析(FT-IR)27
• 2.3.5 光致发光光谱(PL)27-28
• 2.3.6 X射线光电子能谱(XPS)28
• 2.3.7 氨气程序升温脱附(NH_3-TPD)28
• 2.3.8 电子顺磁共振分析(EPR)28-29
• 2.3.9 紫外可见漫反射光谱(UV-vis)29
• 2.4 催化剂活性评价29-31
• 2.4.1 催化剂脱硝活性评价29-30
• 2.4.2 催化剂NO氧化能力测试30-31
• 3 掺杂型与负载型钻钛催化剂的制备及其脱硝性能研究31-50
• 3.1 实验31
• 3.2 结果和讨论31-48
• 3.2.1 钴钛催化剂脱硝性能评价31-33
• 3.2.2 催化剂X射线衍射分析33-35
• 3.2.3 催化剂透射电镜及高倍透射电镜分析35-36
• 3.2.4 催化剂拉曼光谱分析36-37
• 3.2.5 催化剂傅立叶变换红外光谱分析37-38
• 3.2.6 催化剂氧空位分析38-39
• 3.2.7 催化剂脉冲瞬态反应39-40
• 3.2.8 催化剂元素价态分析40-43
• 3.2.9 氨气程序升温脱附分析43-44
• 3.2.10 催化剂超氧自由基分析44-45
• 3.2.11 原位红外分析45-47
• 3.2.12 钴钛催化剂NO氧化能力测试47-48
• 3.3 掺杂型钻钛催化剂NH_3-SCR反应促进过程分析48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 掺杂型与负载型铈钛催化剂的制备及其脱硝性能研究50-65
• 4.1 实验50
• 4.2 结果和讨论50-64
• 4.2.1 铈钛催化剂脱硝性能分析50-52
• 4.2.2 催化剂X射线衍射分析52-54
• 4.2.3 催化剂UV-vis分析54-56
• 4.2.4 催化剂拉曼光谱分析56
• 4.2.5 催化剂氧空位分析56-58
• 4.2.6 催化剂元素价态分析58-60
• 4.2.7 催化剂超氧自由基分析60-62
• 4.2.8 原位红外分析62-63
• 4.2.9 铈钛催化剂NO氧化能力测试63-64
• 4.3 本章小结64-65
• 5 结论与展望65-67
• 5.1 结论65-66
• 5.2 主要创新点66
• 5.3 展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-75
• 附录75

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