改性赤泥催化剂制备及其脱硝性能优化

发布时间：2018-04-14 10:18

  本文选题：NH_3-SCR + 改性赤泥催化剂　； 参考：《山东大学》2017年硕士论文

【摘要】：目前我国大气主要污染物排放总量居世界首位,其中氮氧化物NOx是产生污染问题最多的前体物。氨选择性催化还原(NH3-SCR)是一种高效的NOx脱除技术,广泛应用于燃煤电厂烟气的处理。2014年9月,我国首个无钒SCR脱硝催化剂的地方标准由山东省质监局发布,明确规定V205物质不得检出,从而使廉价无毒的非钒基SCR脱硝催化剂成为研究热点。赤泥是一种炼铝过程中产生的堆存量不断增长的废弃物,具有良好的催化剂应用潜能,但仍未得到有效的综合利用。本文选取了国内不同铝厂的4种典型赤泥,利用搭建的常压固定床模拟烟气SCR脱硝反应实验台,设计典型工况下进行活性测试和反应运行参数测试,结合XRD、BET、SEM等催化剂表征,在优化制备工艺得到除碱活化赤泥的基础上,分别研究了 Ce掺杂的赤泥催化剂和Zr进一步优化的Ce掺杂催化剂,揭示改性处理对赤泥催化剂脱硝活性的影响机制,并初步探讨主要运行参数对催化剂脱硝活性的影响规律,开发具有良好脱硝活性的低成本SCR脱硝催化剂。研究制备工艺对赤泥脱硝性能的影响,结果表明典型赤泥是用作脱硝催化剂的可行材料,酸洗+焙烧是原始赤泥的最佳处理手段,与其他制备工艺相比使赤泥活性温度窗口向高温区明显拓宽;酸洗后焙烧处理能够疏通催化剂孔道,颗粒的形貌和分散度都更加均匀,颗粒表面光滑,颗粒内部孔道连通性增强,同时比表面积得到提高,从而提高了赤泥的NH3-SCR脱硝活性。相比原始赤泥高温段的迅速失活,酸洗后500℃焙烧ARM赤泥能在300～400℃范围内脱硝活性超过70%。在上述研究基础上,考察掺杂各单组分Fe、Ce、Zr、Ti元素对赤泥活性的影响,结果表明,Ce是改善ARM脱硝性能的较佳助剂。研究了 Ce掺杂对赤泥催化剂脱硝性能的影响规律及改性作用。对Ce掺杂改性赤泥催化剂的研究表明,Ce能与赤泥产生相互作用,且其最佳掺杂数值为0.3,能够显著降低赤泥中α-Fe203的结晶度,细化催化剂晶粒,并优化和提高了赤泥催化剂的比表面积,从而进一步拓宽了赤泥脱硝活性温度窗口,使催化剂在250～350℃间的NOx转化率平均提高近20个百分点,在325℃时高达87%。最后,在上述Ce改性赤泥催化剂基础上进一步引入掺杂成分Zr,研究了Zr掺杂对Ce0.3/ARM脱硝性能的影响规律及优化改性作用。结果发现,掺杂Zr不会改变Ce/ARM催化剂的主要物相组分,Zr以无定形态存在,能够进一步细化催化剂平均晶粒尺寸。具有最佳掺杂比1:1的Ce0.3Zr0.3/ARM催化剂,其NOx转化率在250℃时达到85%,直至400℃温度区间内一直高于80%,并在325℃左右达到实验最高值92%,脱硝活性温度窗口同时向低温、高温段拓宽约70 ℃;Ce、Zr掺杂改性使赤泥催化剂晶粒尺寸更加细小均匀,表面结构变得更为疏松,晶粒之间相对独立,孔隙结构得到优化,比表面积提高,从而提供了更多的吸附和反应活性位点,进一步提高了赤泥催化剂脱硝活性。对运行参数的影响研究表明,本文制备的Ce0.3Zr0.3/ARM在15000 h-1到30000 h-1空速比范围内性能优良。有利于Ce0.3Zr0.3/ARM催化剂SCR反应的工况:空速30000 h-1,02体积分数为3.5%～4%,氨氮比为1:1。实验结果的分析表明:NH3是以吸附形态参与反应,而NO同时具有气态或弱吸附态的形式参与反应。NH3和O2在Ce0.3Zr0.3/ARM表面的吸附是该催化剂的脱硝反应的关键。利用赤泥制备的Ce0.3Zr0.3/ARM催化剂在烟气无氧条件下的NOx转化率达78%,Ce助剂能为赤泥催化剂提供充足的表面氧,使SCR反应持续进行;此外催化剂中的晶格氧也参与了 SCR反应,进一步提高了 Ce0.3Zr0.3/ARM的NOx转化率。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ426;X701

【参考文献】

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本文编号：1748883