MxOy/ACF低温SCR脱除氮氧化物的研究

摘要

氨选择性催化还原( NH3-SCR)氮氧化物是目前国内外最有效、应用最广泛的烟气脱硝技术。但是，目前商用的催化剂，如V2O5/TiO2和V2O5-WO3/TiO2，在300-400℃工作温度范围下才具有很高的NO转化率，而在此温度范围烟气中含有高浓度的颗粒和其它气态污染物(如SO2、As)。在实际应用中，为避免粉尘的影响和催化剂硫中毒，脱硝装置一般安装在除尘器和脱硫工序以后，这时烟气温度在150℃左右。若仍采用传统的商用催化剂则需增设烟气再加热装置以获得高脱硝效率，这势必导致系统能耗大幅度增加。因此，研究开发低温高效、性能稳定的催化剂成为烟气脱硝技术的重要方向。
　　 本研究以活性炭纤维( ACF)为载体，采用过量溶液浸渍法制备了MnO2/ACF、Fe2O3/ACF和V2O5/ACF三种不同活性组分的催化剂，运用N2吸附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和热分析( TG-DSC)等分析方法对催化剂进行了结构表征，并对催化剂的NH3选择性催化还原NO的催化性能进行了研究。
　　 首先，利用N2低温等离子体对Fe2O3/ACF催化剂进行了表面改性，并考察了反应温度和改性条件等主要因素对Fe2O3/ACF催化剂催化性能的影响。结果表明，活性组分最佳负载量的质量分数为10.3％； N2等离子体改性最优改性电压为6kV，改性时间为3min；随着反应温度的升高，空白ACF的NO转化率先升高再下降，而催化剂的NO转化率呈上升趋势。在NO体积分数1000×10-6、NH3体积分数1000×10-6、02体积分数5％、空速10040h-1和反应温度240℃的条件下，催化剂3.7％Fe2O3/ACF和10.3％Fe2O3/ACF经N2等离子体改性后，其NO转化率(相对于未改性的)分别提高了16.43％和6.84％。N2等离子体改性催化剂提高了活性组分在ACF上的分散度，增加了ACF表面的含氮官能团，从而提高了催化剂的SCR低温活性。
　　 其次，在同等反应条件下，比较了三种不同活性组分催化剂的催化活性，结果表明，MnO2/ACF、Fe2O3/ACF和V2O5/ACF催化剂的最佳负载量分别是21.4wt.％、10.3wt.％和10.9wt.％，且MnO2/ACF催化剂具有最高的低温催化活性。
　　 最后，对MnO2/ACF催化剂的NH3选择性催化还原NO的催化性能进行了研究，考察了反应温度、反应时间、O2浓度、NO初始浓度和NH3/NO体积比等反应工艺条件对MnO2/ACF催化性能的影响。结果表明，21.4％MnO2/ACF催化剂在210℃下NO转化率为96.9％，MnO2/ACF催化剂上NO转化率随着O2浓度的升高而增加，且表现出较宽的O2浓度工作窗口；在180℃和210℃下，当NH3/NO体积比小于1时，21.4％MnO2/ACF催化剂上NO转化率随着NH3/NO体积比增加而升高，当NH3/NO体积比大于1时，NO转化率不受NH3/NO体积比的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 NOx的脱除

1.1.1 NOx的来源和危害

1.1.2 NOx污染现状和控制措施

1.1.3 NOx的控制技术

1.2 低温SCR催化剂研究进展

1.2.1 贵金属催化剂

1.2.2 分子筛催化剂

1.2.3 金属氧化物催化剂

1.2.4 碳基材料催化剂

1.3 活性炭纤维

1.3.1 ACF的结构与组成

1.3.2 ACF的性质及其应用

1.4 本课题研究目的与内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验仪器及化学试剂

2.1.1 实验仪器

2.1.2 化学试剂

2.2 催化剂的制备

2.3 催化剂的表面改性

2.4 催化剂的活性评价

2.4.1 评价装置

2.4.2 活性评价条件

2.5 催化剂的结构表征

2.5.1 原子吸收分光光度法(AAS)

2.5.2 N2吸附

2.5.3 扫描电子显微镜(SEM)

2.5.4 X射线衍射(XRD)

2.5.5 傅立叶变换红外光谱(FT—IR)

2.5.6 热分析

第三章 等离子体改性对低温SCR—NO性能的影响

3.1 低温N2等离子体改性催化剂

3.2 催化剂低温SCR—NO活性评价

3.2.1 活性组分负载量对NO转化率的影响

3.2.2 改性电压对NO转化率的影响

3.2.3 改性时间对NO转化率的影响

3.2.4 改性气氛对NO转化率的影响

3.2.5 反应温度对NO转化率的影响

3.2.6 时效性试验

3.3 催化剂结构表征

3.3.1 BET表征结果

3.3.2 SEM表征结果

3.3.3 EDS表征结果

3.3.4 XRD表征结果

3.3.5 FT—IR表征结果

3.4 本章小结

第四章 MxOy/ACF催化剂低温SCR—NO性能的研究

4.1 催化剂制备条件

4.1.1 浸渍浓度对活性组分负载量的影响

4.1.2 浸渍时间对活性组分负载量的影响

4.2 催化剂低温SCR—NO活性评价

4.2.1 不同活性组分及其负载量对催化活性的影响

4.2.2 反应温度对催化活性的影响

4.2.3 反应时间对催化活性的影响

4.2.4 O2浓度对催化活性的影响

4.2.5 NO初始浓度对催化活性的影响

4.2.6 NH3浓度对催化活性的影响

4.2.7 NH3/NO(氨氮比)对催化活性的影响

4.3 催化剂的结构表征

4.3.1 BET表征结果

4.3.2 SEM表征结果

4.3.3 EDS表征结果

4.3.4 XRD表征结果

4.3.5 FT—IR表征结果

4.3.6 热分析

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的与论文内容相关的学术论文

致 谢