铈钨系SCR催化剂制备及涂覆方法研究

发布时间：2017-04-27 17:04

  本文关键词：铈钨系SCR催化剂制备及涂覆方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氮氧化物是柴油机的主要污染物之一,选择性催化还原(SCR)是当前柴油机尾气NO_x排放控制的主流技术。但是由于现在使用的商业钒基SCR催化剂具有毒性、低温性能差等缺点,低温无毒SCR催化剂成为下一步研究方向。液相燃烧制备合成法由于其过程简单,制备出的催化剂具有纳米结构,在催化剂领域具有很好的前景。本文采用液相燃烧法制备活性成分为铈元素和钨元素的SCR催化剂,研究了前驱体溶液酸碱性、燃料种类以及燃料用量对制备的催化剂物理化学特性的影响,并研究了涂覆方法对载体式催化剂催化性能的影响。主要研究内容如下:(1)研究了铈钨配方和燃料种类对铈钨系催化剂的影响。研究结果表明,TiCe0.2O_x催化剂具有很优异的低温活性,而TiW0.2O_x催化剂具有很高的热稳定性和高温活性,而TiCe0.2W0.2O_x催化剂保留了TiCe0.2O_x的低温活性,并且其高温活性也因为W的加入而有所提高,两种元素形成了很好地协同作用。尿素燃料制备催化剂具有最高的NO转化率,150℃催化活性可以达到80%,而甘氨酸燃料可以显著提升催化剂高温活性,柠檬酸制备催化剂催化活性和甘氨酸类似,只是高温活性略低。BET和SEM表征结果显示,尿素燃料可以有效增大样品比表面积和孔数量,改善微观结构,综合来看,尿素制备样品微观性能最好。(2)研究了燃料用量对铈钨系催化剂的影响,1:0.5燃料配比的甘氨酸具有最好的催化活性和最宽温度窗口,随着燃料增多NO转化率逐渐降低;而柠檬酸燃料配比不会影响其低温催化活性,只是燃料的增多会略微提高催化剂的高温活性;配比为1:0.5时尿素催化活性最高,低温150℃活性也可以达到80%以上,在1:1.5时活性最低,温度窗口不会发生显著变化。BET和XRD表征结果显示,甘氨酸1:1的比例制备产物具有最大的比表面积和脱附孔容,微观结构较好。柠檬酸燃烧比较温和,微观结构和晶型没有因燃料用量改变而发生明显变化。尿素1:0.5燃料比例产物比表面积最大,燃料比例增大会造成催化剂烧结,晶粒长大、比表面积减小以及孔数量减少。(3)研究了前驱体溶液酸碱环境对燃烧产物催化性能的影响,研究结果表明:甘氨酸燃料酸性环境下会具有更优异的低温催化性能,柠檬酸燃料碱性环境更有利于提升催化剂高温活性,酸碱环境对尿素催化性能影响很小。酸性环境可以显著提高甘氨酸制备催化剂的比表面积,另外两种燃料制备的催化剂对酸碱环境变化不敏感。(4)对传统浸渍法、燃烧涂覆法、新型浸渍法制备催化剂做了SCR活性测试,并且针对新型浸渍法做了一系列单独研究,研究结果如下:新型浸渍法具有最高的NO转化率和N2选择性,高于230℃活性可保持在80%以上。BET、SEM、XRD表征分析发现,新型浸渍涂覆具有更好的微观结构,活性成分大多呈无定形态均匀分散在表面,涂层与载体结合更加致密,不易脱落。本文还对空速、粉末催化剂、涂覆率和涂覆粒径等因素进行了研究,研究表明,新型浸渍涂覆催化剂完全保留了粉末催化剂的SCR活性,有很好的耐高空速性能,低温活性会随涂覆率增大而升高,而涂覆粒径对催化活性基本没有影响。
【关键词】：NH_3-SCR 液相燃烧合成法 制备 酸碱性 燃料 涂覆方法
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TK421.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景11-13
• 1.1.1 氮氧化物排放现状及危害11-12
• 1.1.2 机动车柴油化趋势及NO_x排放法规12-13
• 1.2 柴油机NO_x排放控制技术研究进展13-15
• 1.2.1 柴油机NO_x排放控制技术路线13-14
• 1.2.2 柴油机NO_x后处理技术14-15
• 1.3 氨气选择性催化还原（NH_3-SCR）技术研究进展15-23
• 1.3.1 车用NH_3-SCR系统15-16
• 1.3.2 NH_3-SCR催化剂研究进展16-21
• 1.3.3 催化剂制备方法及影响因素21-22
• 1.3.4 催化剂的涂覆工艺22-23
• 1.4 本文研究目的以及研究内容23-24
• 1.4.1 研究目的23-24
• 1.4.2 研究内容24
• 1.5 本章小结24-25
• 第二章 试验系统及方法25-34
• 2.1 引言25
• 2.2 实验化学药品及气体参数规格25-26
• 2.3 实验所用仪器及设备26-28
• 2.4 催化剂制备方法28-29
• 2.4.1 粉末催化剂制备方法28-29
• 2.4.2 涂覆方法29
• 2.5 催化性能试验系统29-31
• 2.6 催化剂结构表征31-33
• 2.6.1 催化剂比表面积及孔结构31-32
• 2.6.2 催化剂晶型结构（XRD）32-33
• 2.6.3 催化剂微观形貌（SEM）33
• 2.7 本章小结33-34
• 第三章 燃料种类和用量对铈钨催化剂的性能影响研究34-62
• 3.1 引言34
• 3.2 催化剂元素组成研究34-40
• 3.2.1 不同构成组分催化剂制备34-35
• 3.2.2 不同构成组分催化剂性能比较35-37
• 3.2.3 催化剂的比表面积及孔结构37-40
• 3.3 不同燃料制备催化性能比较40-46
• 3.3.1 不同燃料催化剂制备40
• 3.3.2 不同燃料催化剂粉末性能比较40-42
• 3.3.3 不同燃料催化剂比表面积及孔结构42-45
• 3.3.4 不同燃料催化剂粉末微观形貌45-46
• 3.4 不同燃料用量制备催化剂性能研究46-59
• 3.4.1 不同燃料用量的催化剂制备47-48
• 3.4.2 催化剂催化性能研究48-53
• 3.4.3 不同燃料制备催化剂比表面积及孔结构分析53-59
• 3.5 催化剂晶型结构分析59-60
• 3.6 本章小结60-62
• 第四章 前驱体溶液酸碱环境对铈钨催化剂性能影响研究62-74
• 4.1 引言62
• 4.2 前驱体溶液酸碱度制备催化剂性能研究62-73
• 4.2.1 不同前驱体酸碱环境催化剂制备62-63
• 4.2.2 催化剂催化活性研究63-67
• 4.2.3 各类催化剂比表面积及孔结构67-73
• 4.3 本章小结73-74
• 第五章 催化剂涂覆方法研究74-94
• 5.1 引言74-75
• 5.2 涂覆方法研究75-76
• 5.2.1 传统浸渍涂覆法75
• 5.2.2 燃烧涂覆法75
• 5.2.3 新型浸渍涂覆法75-76
• 5.3 三类整体催化剂催化性能以及微观表征分析76-87
• 5.3.1 三类涂覆方法去除NO_x性能对比76-78
• 5.3.2 催化剂的比表面积及孔径分布78-81
• 5.3.3 催化剂的晶型分析81-83
• 5.3.4 催化剂的微观形貌分析83-87
• 5.4 新型浸渍涂覆催化性能研究87-92
• 5.4.1 新型浸渍涂覆与粉末催化剂性能对比87-88
• 5.4.2 空速对新型浸渍涂覆催化剂性能影响88-90
• 5.4.3 涂覆率和粒径对催化剂性能影响90-92
• 5.5 本章小结92-94
• 第六章 全文总结及展望94-97
• 6.1 主要结论94-95
• 6.2 研究展望95-97
• 参考文献97-103
• 攻读硕士期间发表的论文103-104
• 致谢104-106

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