锰基低温SCR脱硝催化剂制备成型及性能研究

摘要

氮氧化物是大气污染主要控制的污染物之一，选择性催化还原(SCR)技术是脱除氮氧化物的最有效方法之一。近年来，低温SCR技术由于其自身具有的优势，蕴含了潜在的巨大工业应用价值，成为了脱除氮氧化物(NOx)技术的研究热点。但从目前研究现状来看，该技术存在低温范围内催化剂活性不高，抗毒化性能差等问题，阻碍其向工业应用发展。本课题针对以上问题，以锰(Mn)基催化剂为基础，对其低温SCR性能开展研究。
　　本文采用浸渍法制备的Mn基催化剂，通过实验，系统地研究Mn基催化剂的负载量、优化配比、温度、空速以及O2、NO、NH3浓度对催化剂低温SCR活性的影响，对比研究了非负载Mn基催化剂的低温SCR活性。同时对比分析了浸渍法、沉淀沉积法、沉淀法制备的催化剂的低温SCR活性，发现共沉淀法制备的催化剂具有更好的低温性能。
　　低温SCR催化剂的抗中毒性能一直是该技术的研究重点和难点。本文主要研究了浸渍法制备的Mn基催化剂，通过在模拟烟气中加入SO2和。H2O，研究催化剂的抗中毒性能。借助BET、SEM、XRD、XPS等表征分析手段研究催化剂的中毒原因，为催化剂的活性再生提供理论依据。
　　本文还研究了Mn基催化剂的负载成型和粉体成型两种成型方法。研究成型方法对催化剂低温SCR性能的影响，并提出了成型催化剂中各组分的配比。
　　通过本文的系统研究，发现Mn基催化剂表现出优良的低温SCR性能，且具有一定的抗毒化性能，该类催化剂可以通过水洗再生的方法完全恢复其低温SCR活性。为使低温SCR催化剂能够实现工业应用，本文设计出一种工业可行的低温SCR工艺，包括配气系统、加热系统、SCR系统、再生系统、干燥系统、分析系统，并进行了实验研究，在60m3/h的模拟烟气流量下，实现脱硝效率为60％，稳定50h，为今后的低温SCR工艺进一步研究提供指导。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 氧化物排放与污染现状

1.2 立题背景与依据

1.3 课题目标和研究内容

第2章 文献综述

2.1 SCR技术研究现状

2.1.1 SCR烟气脱硝催化剂研究

2.1.2 SCR烟气脱硝技术存在的不足

2.2 低温SCR技术及催化剂研究现状

2.2.1 非负载型金属氧化物催化剂

2.2.2 负载型金属氧化物催化剂

2.3 本章小结

第3章 实验系统及分析方法

3.1 实验系统

3.1.1 催化剂活性测试系统

3.1.2 催化剂评价

3.1.3 实验使用仪器及设备

3.2 实验材料

3.3 催化剂表征

第4章 锰基金属氧化物催化剂制备及性能实验研究

4.1 Mn/TiO2催化剂的制备与性能研究

4.1.1 Mn/TiO2催化剂的制备

4.1.2 Mn的负载量对催化剂活性影响

4.1.3 温度对Mn/TiO2催化剂活性影响

4.1.4 O2对Mn/TiO2催化剂的影响

4.1.5 空速对Mn/TiO2催化剂的影响

4.1.6 NO浓度对Mn/TiO2催化剂的影响

4.1.7 NH3/NO摩尔比对Mn/TiO2催化剂的影响

4.2 金属元素Ce对Mn/TiO2催化剂的影响研究

4.2.1 Mn-Ce/TiO2催化剂的制备

4.2.2 Ce的负载量对催化剂Mn/TiO2催化剂脱硝活性的影响

4.2.3 温度对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性的影响

4.2.4 O2对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性的影响

4.2.5 空速对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性的影响

4.2.6 NO浓度对Mn-ce/TiO2催化剂脱硝活性的影响

4.2.7 NH3/NO摩尔比对Mn/TiO2催化剂的影响

4.3 不同金属元素掺杂对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性的影响

4.4 非负载型MnOx与MnOx-CeO2催化剂催化性能研究

4.4.1 MnOx与MnOx-CeO2催化剂的制备

4.4.2 Mnox与MnOx-CeO2催化剂脱硝活性的研究

4.4.3 O2对MnOx与MnOx-CeO2催化剂脱硝活性的影响

4.5 不同制备方法制备的Mn-Ce催化剂的性能研究

4.5.1 催化剂的制备

4.5.2 催化剂的脱硝活性比较

4.5.3 XRD研究

4.5.4 热重(TG)分析研究

4.5.5 程序升温还原(H2-TPR)研究

4.5.6 程序升温吸附(NH3-TPD)研究

4.5.7 微观结构

4.5.8 催化剂形态与形貌

4.5.9 表面氧元素存在形式

4.6 本章小结

第5章 催化剂抗中毒化性能及再生实验研究

5.1 SO2对Mn/TiO2、Mn-Ce/TiO2催化剂SCR活性的影响

5.2 SO2对Mn-Ce/TiO2催化剂物化特性的影响

5.2.1 BET和SEM表征分析

5.2.2 XRD和XPS表征分析

5.2.3 催化剂热重(TG)分析

5.3 Mn-Ce/TiO2催化剂的再生实验研究

5.3.1 热解再生实验

5.3.2 水洗再生实验

5.4 H2O对Mn-Ce/TiO2催化剂SCR活性的影响

5.5 H2O和SO2同时存在时对Mn-Ce/TiO2催化剂SCR活性的影响

5.6 本章小结

第6章 催化剂成型与性能实验研究

6.1 负载于蜂窝状堇青石成型

6.1.1 堇青石载体催化剂制备

6.1.2 成型堇青石催化剂活性

6.1.3 SO2对成型堇青石催化剂活性影响

6.2 直接成型整体式催化剂

6.2.1 挤出成型

6.2.2 压制成型

6.3 成型催化剂热态实验

6.3.1 实验台搭建

6.3.2 系统测试

6.3.3 SCR反应热态试验

6.4 本章小结

第7章 结论

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢