碱/碱土金属及卤素沉积对Mn-Ce/TiO2低温SCR脱硝催化剂性能影响的机理研究

摘要

氮氧化物(NOx)是目前排放到空气中导致大气污染的主要原因之一，选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction)是目前用于固定源烟气脱硝中应用最广的方法之一。近年来低温选择性催化还原技术(SCR)逐渐成为我国烟气脱硝领域的一大研究热点，虽然低温SCR技术能够减少高温SCR工艺中出现的催化剂中毒和堵塞等问题，但烟气中残留的少量粉尘和部分工业锅炉烟气中的碱/碱土及少量卤素仍会导致催化剂的失活，从而降低了催化剂的脱销活性。针对上述问题，本文以Mn-Ce/TiO2催化剂为研究基础，对不同碱(K，Na)/碱土金属(Ca，Mg)的沉积、卤素(Cl、I、Br)掺杂及碱/碱土金属与卤素协同掺杂对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性的影响进行了研究。
　　首先，采用浸渍法制备碱/碱土金属沉积的Mn-Ce/TiO2催化剂，研究不同碱/碱土金属的前驱体沉积在低温下对催化剂脱硝活性的影响。结果发现，碱/碱土金属的沉积对Mn-Ce/TiO2催化剂的脱硝活性具有不定程度的抑制作用;当沉积的碱/碱土金属的前驱体不同时，对Mn-Ce/TiO2催化剂的抑制程度也不同，但随着负载量的加强，对活性的抑制作用加强;通过对碱/碱土金属沉积的催化剂进行了表征发现，碱/碱土金属的沉积会改变催化剂表面的活性位点和比表面积等，这些改变是导致催化剂中毒的主要原因。
　　另外，研究了Cl、I、Br三种不同的卤素掺杂对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性的影响，结果表明卤素的掺杂会使Mn-Ce/TiO2催化剂中毒，抑制催化剂的脱硝活性，但当卤素的负载量小于0.1％的情况下，卤素的掺杂对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性的抑制作用很小。最后，本实验还通过制备碱/碱土金属和卤素协同掺杂研究对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性的影响发现，当碱/碱土金属和卤素协同作用时对催化剂的脱硝活性有抑制作用，分析了四种不同的碱/碱土金属和不同的卤素协同掺杂发现，对催化剂活性的抑制程度如下:Ca＞Mg＞Na＞K。
　　通过本文的系统研究，明确了碱/碱土金属和卤素沉积对Mn-Ce/TiO2催化的影响机理，并探讨了碱/碱土金属和卤素协同对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝性能的影响，为催化剂在某些烟气温度低、烟气含量复杂的工业锅炉及炉窑中的应用提供了理论依据，可为我国氮氧化物的控制提供技术支持，具有重要的环境、经济和社会意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 氮氧化物排放及污染现状

1．2 低温SCR烟气脱硝技术研究

1．2．1 低温SCR催化剂

1．2．2 H2O和SO2对低温SCR催化剂中毒的影响

1．2．3 低温SCR反应机理研究

1．3 碱／碱土金属对SCR催化剂的影响研究

1．3．1 碱／碱土金属沉积对催化剂活性的影响

1．3．2 碱／碱土金属掺杂作用研究

1．4 碱／碱土金属和卤素协同作用对SCR催化剂的影响研究

1．5 课题目标及研究内容

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

第2章 实验材料、方法与表征技术

2．1 催化剂的制备

2．2 催化剂评价装置与性能测试

2．2．1 催化剂评价装置

2．2．2 催化剂脱硝性能评价

2．3 催化剂表征技术

第3章 碱金属沉积对Mn-Ce／TiO2催化剂性能影响分析

3．2 碱金属K沉积Mn-Ce／TiO2催化剂表征技术分析

3．2．1 XRD分析

3．2．2 BET比表面积分析

3．2．3 催化剂表面元素形态XPS分析

3．2．4 NH3-TPD分析

3．3 碱金属Na沉积对Mn-Ce／TiO2催化剂脱硝性能测试

3．4 碱金属Na沉积Mn-Ce／TiO2催化剂表征技术分析

3．4．1 XRD分析

3．4．2 TEM及HR-TEM表征分析

3．4．3 BET比表面积分析

3．4．4 催化剂表面元素形态XPS分析

3．4．5 NH3-TPD分析

3．5 本章小结

第4章 碱土金属沉积对Mn-Ce／TiO2催化剂性能影响分析

4．1 碱土金属Mg沉积对Mn-Ce／TiO2催化剂脱硝性能测试

4．2 碱土金属Mg沉积Mn-Ce／TiO2催化剂表征技术分析

4．2．1 XRD分析

4．2．2 BET比表面积分析

4．2．3 催化剂表面元素形态XPS分析

4．2．4 NH3-TPD分析

4．3 碱土金属Ca沉积对Mn-Ce／TiO2催化剂脱硝性能测试

4．4 碱土金属ca沉积Mn-Ce／TiO2催化剂表征技术分析

4．4．1 XRD分析

4．4．2 BET比表面积分析

4．4．3 催化剂表面元素形态XPS分析

4．4．4 NH3-TPD分析

4．5 本章小结

第5章 卤素掺杂及卤素和碱／碱土金属协同作用对Mn-Ce／TiO2催化剂性能影响分析

5．2 卤素和碱／碱土金属协同作用对Mn-Ce／TiO2催化剂脱硝性能测试

5．3 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

6．3 课题创新点

参考文献

攻读硕士期间取得的成果

致谢