铈基抗中毒脱硝催化剂的构筑及其抗中毒机理探究
发布时间：2021-11-16 08:15
化石燃料的燃烧和机动车尾气排放的氮氧化物会造成许多环境问题,如酸雨、雾霾、光化学烟雾等,从而危害动植物的健康,并造成大量财产损失。因此,控制氮氧化物的人为排放势在必行。在多种氮氧化物排放控制技术中,NH3-SCR技术是目前最有效且广泛应用的技术,而高效的催化剂是这一技术应用的关键。目前被广泛使用的商业催化剂是V2O5-WO3（Mo）/Ti O2催化剂,这一催化剂具有较高的活性和抗硫中毒性能,但是同时也存在高温选择性低、耐碱金属能力差等问题。烟气中除了NOx以外,往往还含有碱金属、重金属以及磷等物质,这些物质会造成催化剂中毒失活。因此,开发高活性高抗中毒性的脱硝催化剂,并深入探究其机理是目前脱硝催化剂研究的重点。本文从选择强酸性载体、选择酸性前驱体、掺入助剂的角度设计并制备了高效抗中毒的脱硝催化剂。并借助多种表征手段对催化剂的抗中毒机理进行了系统的研究。本文内容如下:（1）通过溶胶凝胶法制备了层状磷酸锆材料,以此作为催化剂载体合成了负载型的Ce O...
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SO2中毒影响Cu/SAPO-34催化剂NH3-SCR反应的机制[36]
上海大学硕士学位论文6响较小，并且水对催化剂的影响是可逆的。Han等人提出H2O对V2O5/AC催化剂的SCR活性有抑制作用，但其抑制作用是可逆的[37]。图1.1SO2中毒影响Cu/SAPO-34催化剂NH3-SCR反应的机制[36]磷化合物一般存在于使用以生物质燃料或生物质柴油为燃料的场合中。磷中毒的主要原因有：磷化合物堵塞催化剂孔道、磷与活性组分结合生成磷酸盐物种导致催化结构的破坏以及降低催化剂的氧化还原能力。Xie等人发现磷会对汽车催化剂Cu-SSZ-13造成不可逆失活。首先磷使得Cu更难被还原，其次在分子筛的笼中生成了磷酸铜降低了铜的活性，最后催化剂的结晶也明显下降，这些不可逆的影响造成了催化剂的中毒失活[38]。Chen等人将磷中毒对Cu-SSZ-13催化剂的影响总结为：（1）孔道堵塞；（2）脱铝和酸性的下降；（3）磷和CuO之间的相互作用及（4）磷和孤立的Cu2+之间的相互作用（图1.2）[39]。这些共同造成了催化剂的不可逆失活。图1.2磷中毒使Cu-SSZ-13催化剂失活的机理[39]燃煤电厂，工业炉和城市固体废物焚烧炉的烟气中也广泛存在HCl。催化剂的HCl中毒也是造成失活的原因之一。例如，HCl对V2O5/TiO2催化剂的影响主要是由于钒氧化物活性位的部分损失[40]。HCl对Ce/TiO2活性的降低主要是由
上海大学硕士学位论文8催化剂的毒害作用，发现Mn/TiO2表面重金属掺杂会导致还原性、表面酸度和NO吸附能力大大降低[49]。Peng等人比较了碱金属和砷对V2O5-WO3/TiO2催化剂的毒害作用，发现砷的引入会减少Lews酸位点的数量，降低Brnsted酸位点的稳定性，并且会增加N2O的产生[50,51]。Li等人将砷加入到CeO2-WO3/TiO2催化剂上，发现会导致催化剂比表面积、表面活性物种、路易斯酸位和表面吸附NOx物种的减少[52]。通过前人的研究可知，重金属对催化剂的酸性和氧化还原性能都会产生不利影响。图1.3在新鲜的和K中毒的Cu-SSZ-13催化剂上，铜物种的演化及其在NH3-SCR和NH3氧化反应中的作用[47]1.3.3抗中毒机理的研究进展由于烟气中的中毒物质会严重影响催化剂的活性和使用寿命，因此在开发新型脱硝催化剂时，不仅要考虑催化剂的活性，还要考虑催化剂的抗中毒性能。研究者们在研究这些中毒物质对催化剂毒害作用的同时也提出了一系列的抗中毒机理，了解抗中毒的机理可以为设计高效抗中毒催化剂提供很好的思路。抗硫中毒机理：（1）减少SO2的吸附/氧化；（2）在硫酸盐物种共存的情况下改善活性中间物种的吸附；（3）建立牺牲位保护活性位点；（4）促进硫酸盐的分解；（5）寻找本身具有抗硫作用的元素。从酸性/碱性性质来看，增加催化剂的酸性可以在一定程度上降低SO2的吸附。Zhao等人将SiO2和Al2O3引入到CeO2/TiO2中，提高了催化剂的酸度并中和CeO2的某些碱度，从而降低了SO2的吸附[53]。Zhang等人提出了一种如图1.4所示的TiO2/CeO2催化剂构型，TiO2起
【参考文献】：
期刊论文
[1]火电厂氮氧化物减排及SCR烟气脱硝技术研究[J]. 邓建华. 机电信息. 2019(20)
[2]Catalytic activity of Cu-SSZ-13 prepared with different methods for NH3-SCR reaction[J]. Meng-Jie Han,Yun-Lei Jiao,Chun-Hong Zhou,Yang-Long Guo,Yun Guo,Guan-Zhong Lu,Li Wang,Wang-Cheng Zhan. Rare Metals. 2019(03)
[3]大气中氮氧化物的危害及治理[J]. 王禹苏,张蕾,陈吉浩,文欣. 科技创新与应用. 2019(07)
[4]电站煤粉炉氮氧化物控制技术[J]. 宫家宏. 电力设备管理. 2018(10)
[5]Alkali resistance promotion of Ce-doped vanadium-titanic-based NH3-SCR catalysts[J]. Zidi Yan,Xiaoyan Shi,Yunbo Yu,Hong He. Journal of Environmental Sciences. 2018(11)
[6]简述含氮氧化物废气治理方法[J]. 池关南. 科技经济导刊. 2017(20)
[7]Effect of barium sulfate modification on the SO2 tolerance of V2O5/TiO2 catalyst for NH3-SCR reaction[J]. Tengfei Xu,Xiaodong Wu,Xuesong Liu,Li Cao,Qiwei Lin,Duan Weng. Journal of Environmental Sciences. 2017(07)
[8]制备方法对MnOx-CeO2催化剂理化性质及低温NH3-SCR脱硝性能的影响（英文）[J]. 姚小江,马凯莉,邹伟欣,何圣贵,安继斌,杨复沫,董林. 催化学报. 2017(01)
[9]Modification of Cu/ZSM-5 catalyst with CeO2 for selective catalytic reduction of NOx with ammonia[J]. 刘雪松,吴晓东,翁端,石磊. Journal of Rare Earths. 2016(10)
[10]氮氧化物排放现状及防治对策分析[J]. 芶永桃,张饶,陈琴. 泸天化科技. 2014(02)
硕士论文
[1]铁锰氧化物NH3低温选择性催化还原NO的性能研究[D]. 唐南.湘潭大学 2018
[2]Mn-V-Ce/TiO2低温催化处理NOx活性及抗毒化性能研究[D]. 郑足红.湘潭大学 2009
本文编号：3498491
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SO2中毒影响Cu/SAPO-34催化剂NH3-SCR反应的机制[36]
上海大学硕士学位论文6响较小，并且水对催化剂的影响是可逆的。Han等人提出H2O对V2O5/AC催化剂的SCR活性有抑制作用，但其抑制作用是可逆的[37]。图1.1SO2中毒影响Cu/SAPO-34催化剂NH3-SCR反应的机制[36]磷化合物一般存在于使用以生物质燃料或生物质柴油为燃料的场合中。磷中毒的主要原因有：磷化合物堵塞催化剂孔道、磷与活性组分结合生成磷酸盐物种导致催化结构的破坏以及降低催化剂的氧化还原能力。Xie等人发现磷会对汽车催化剂Cu-SSZ-13造成不可逆失活。首先磷使得Cu更难被还原，其次在分子筛的笼中生成了磷酸铜降低了铜的活性，最后催化剂的结晶也明显下降，这些不可逆的影响造成了催化剂的中毒失活[38]。Chen等人将磷中毒对Cu-SSZ-13催化剂的影响总结为：（1）孔道堵塞；（2）脱铝和酸性的下降；（3）磷和CuO之间的相互作用及（4）磷和孤立的Cu2+之间的相互作用（图1.2）[39]。这些共同造成了催化剂的不可逆失活。图1.2磷中毒使Cu-SSZ-13催化剂失活的机理[39]燃煤电厂，工业炉和城市固体废物焚烧炉的烟气中也广泛存在HCl。催化剂的HCl中毒也是造成失活的原因之一。例如，HCl对V2O5/TiO2催化剂的影响主要是由于钒氧化物活性位的部分损失[40]。HCl对Ce/TiO2活性的降低主要是由
上海大学硕士学位论文8催化剂的毒害作用，发现Mn/TiO2表面重金属掺杂会导致还原性、表面酸度和NO吸附能力大大降低[49]。Peng等人比较了碱金属和砷对V2O5-WO3/TiO2催化剂的毒害作用，发现砷的引入会减少Lews酸位点的数量，降低Brnsted酸位点的稳定性，并且会增加N2O的产生[50,51]。Li等人将砷加入到CeO2-WO3/TiO2催化剂上，发现会导致催化剂比表面积、表面活性物种、路易斯酸位和表面吸附NOx物种的减少[52]。通过前人的研究可知，重金属对催化剂的酸性和氧化还原性能都会产生不利影响。图1.3在新鲜的和K中毒的Cu-SSZ-13催化剂上，铜物种的演化及其在NH3-SCR和NH3氧化反应中的作用[47]1.3.3抗中毒机理的研究进展由于烟气中的中毒物质会严重影响催化剂的活性和使用寿命，因此在开发新型脱硝催化剂时，不仅要考虑催化剂的活性，还要考虑催化剂的抗中毒性能。研究者们在研究这些中毒物质对催化剂毒害作用的同时也提出了一系列的抗中毒机理，了解抗中毒的机理可以为设计高效抗中毒催化剂提供很好的思路。抗硫中毒机理：（1）减少SO2的吸附/氧化；（2）在硫酸盐物种共存的情况下改善活性中间物种的吸附；（3）建立牺牲位保护活性位点；（4）促进硫酸盐的分解；（5）寻找本身具有抗硫作用的元素。从酸性/碱性性质来看，增加催化剂的酸性可以在一定程度上降低SO2的吸附。Zhao等人将SiO2和Al2O3引入到CeO2/TiO2中，提高了催化剂的酸度并中和CeO2的某些碱度，从而降低了SO2的吸附[53]。Zhang等人提出了一种如图1.4所示的TiO2/CeO2催化剂构型，TiO2起
【参考文献】：
期刊论文
[1]火电厂氮氧化物减排及SCR烟气脱硝技术研究[J]. 邓建华. 机电信息. 2019(20)
[2]Catalytic activity of Cu-SSZ-13 prepared with different methods for NH3-SCR reaction[J]. Meng-Jie Han,Yun-Lei Jiao,Chun-Hong Zhou,Yang-Long Guo,Yun Guo,Guan-Zhong Lu,Li Wang,Wang-Cheng Zhan. Rare Metals. 2019(03)
[3]大气中氮氧化物的危害及治理[J]. 王禹苏,张蕾,陈吉浩,文欣. 科技创新与应用. 2019(07)
[4]电站煤粉炉氮氧化物控制技术[J]. 宫家宏. 电力设备管理. 2018(10)
[5]Alkali resistance promotion of Ce-doped vanadium-titanic-based NH3-SCR catalysts[J]. Zidi Yan,Xiaoyan Shi,Yunbo Yu,Hong He. Journal of Environmental Sciences. 2018(11)
[6]简述含氮氧化物废气治理方法[J]. 池关南. 科技经济导刊. 2017(20)
[7]Effect of barium sulfate modification on the SO2 tolerance of V2O5/TiO2 catalyst for NH3-SCR reaction[J]. Tengfei Xu,Xiaodong Wu,Xuesong Liu,Li Cao,Qiwei Lin,Duan Weng. Journal of Environmental Sciences. 2017(07)
[8]制备方法对MnOx-CeO2催化剂理化性质及低温NH3-SCR脱硝性能的影响（英文）[J]. 姚小江,马凯莉,邹伟欣,何圣贵,安继斌,杨复沫,董林. 催化学报. 2017(01)
[9]Modification of Cu/ZSM-5 catalyst with CeO2 for selective catalytic reduction of NOx with ammonia[J]. 刘雪松,吴晓东,翁端,石磊. Journal of Rare Earths. 2016(10)
[10]氮氧化物排放现状及防治对策分析[J]. 芶永桃,张饶,陈琴. 泸天化科技. 2014(02)
硕士论文
[1]铁锰氧化物NH3低温选择性催化还原NO的性能研究[D]. 唐南.湘潭大学 2018
[2]Mn-V-Ce/TiO2低温催化处理NOx活性及抗毒化性能研究[D]. 郑足红.湘潭大学 2009
本文编号：3498491
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