Mn-Ce/TiO2催化剂低温选择性催化还原NO机理研究

摘要

目前，低温SCR作为研究热点，存在低温范围内催化剂活性不高，抗毒化性能差，以及反应机理、中毒机理不明确等问题，阻碍其向工业应用发展。本课题针对以上问题，以Mn-Ce/TiO2催化剂，对其低温选择性催化还原性能进行系统研究。
　　本文采用共沉淀法制备Mn-Ce/TiO2催化剂，使用沉淀剂将活性组分锰铈与载体钛同时沉淀制备催化剂样品。通过实验系统研究催化剂锰铈摩尔比例、前驱体、温度、空速、以及实验气氛中O2、NO、NH3浓度和NSR比例对催化剂催化活性的影响，并综合考察该类催化剂的综合性能。
　　通过对催化剂的催化反应动力学分析，确定该催化剂催化反应各组分的反应级数和反应速率常数，利用Arrhenius方程计算得到该催化剂的表观反应活化能为40kJ/mol。经过暂态响应实验，研究。NO、O2和NH3在催化反应中的作用，并分析反应组分在催化剂表面扩散对催化反应速率的影响，借助NH3-TPD、TG表征手段，分析该催化剂的催化反应过程，得到该催化剂的反应机理：主要遵循E-R和L-H反应机理。
　　本文还实验研究该催化剂抗SO2中毒性能，利用BET、SEM、TEM、XRD、XPS、NH3-TPD、H2-TPR、TG等表征技术，研究该催化剂在含硫烟气中反应前后催化剂表面的物理和化学性质的变化，以及SO2浓度对催化剂中毒速率的影响，得到该催化剂被SO2毒化失活的反应机理：主要是硫酸铵盐的沉积、活性组分被硫化、L酸性位的消失。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 氮氧化物污染与危害

1.2 低温SCR技术

1.2.1 低温SCR催化剂制备方法

1.2.2 低温SCR反应机理研究

1.2.3 SO2对低温SCR催化剂毒化的影响

1.3 课题研究目标和研究内容

1.4 小结与展望

第2章 低温SCR脱硝实验装置与表征技术

2.1 低温SCR脱硝实验装置

2.1.1 催化活性测试系统

2.1.2 脱硝效率定义

2.1.3 催化活性测试使用仪器与设备

2.2 化学试剂

2.3 催化剂制备

2.4 催化剂表征

2.4.1 晶体形态分析

2.4.2 晶体形貌分析

2.4.3 比表面和孔结构分析

2.4.4 表面元素价态及浓度分析

2.4.5 热重分析

2.4.6 程序升温脱附

2.4.7 程序升温还原

第3章 共沉淀法制备的Mn-Ce/TiO2性能研究

3.1 Mn-Ce/TiO2催化剂的优化

3.1.1 不同摩尔比对低温SCR活性影响

3.1.2 不同前驱体对低温SCR活性的影响

3.2 反应参数对低温SCR活性的影响

3.2.1 温度对低温SCR活性的影响

3.2.2 空间速度对低温SCR活性的影响

3.2.3 氧气浓度对低温SCR活性的影响

3.2.4 NO浓度对低温SCR活性的影响

3.2.5 NSR比对低温SCR活性的影响

3.3 催化剂稳定性

3.4 本章小结

第4章 Mn-Ce/TiO2的反应动力学与机理分析

4.1 Mn-Ce/TiO2的反应动力学

4.1.1 NO浓度对反应速率的影响

4.1.2 NH3的浓度对反应速率的影响

4.1.3 O2浓度对反应速率的影响

4.2 反应物扩散的影响

4.2.1 外扩散的影响

4.2.2 内扩散的影响

4.3 反应机理研究

4.3.1 NO的暂态响应实验

4.3.2 NH3的暂态响应实验

4.3.3 O2的暂态响应实验

4.3.4 NH3-TPD分析

4.3.5 TG分析

4.3.6 SCR反应机理分析

4.4 本章小结

第5章 Mn-Ce/TiO2催化剂抗毒化性能与机理研究

5.1 抗SO2毒化性能

5.2 SO2对Mn-Ce/TiO2催化剂物化特性的影响

5.2.1 BET与SEM/TEM表征分析

5.2.2 XRD分析

5.2.3 XPS表征分析

5.2.4 NH3-TPD分析

5.2.5 H2-TPR分析

5.3 TG分析Mn-Ce/TiO2催化剂上硫酸盐的稳定性

5.4 SO2浓度对Mn-Ce/TiO2催化剂SCR活性的影响

5.5 SO2对Mn-Ce/TiO2催化剂毒化机理分析

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢