铈钛复合氧化物催化剂的改性及选择性催化还原NO性能研究

摘要

随着我国经济的快速发展以及工业化进程的加快，对化石燃料的消耗量不断加大，导致NOx排放量逐年增加，因此引发了严重的大气环境污染。氨选择性催化还原技术被认为是最为有效的去除氮氧化物的方法，而合成低毒性高活性且温度窗口较广的催化剂在脱硝领域越来越受到关注。本文基于铈钛金属氧化物催化剂催化效果的不足，采用浸渍及浸渍-共沉淀联用的方法，在铈钛金属氧化物催化剂的基础上，成功地制备出不同比例的钼铈钛及铈铝钛复合金属氧化物脱硝催化剂，结合比表面积、X-射线光电子能谱、氢气程序升温还原等表征手段以及原位红外分析技术对催化剂的催化活性和物理化学性质进行分析，并对其反应机理进行了探讨。具体研究内容如下:
　　(1)采用浸渍法制备了Mo-Ce-Ti复合氧化物催化剂，并研究了Mo负载量对NH3-SCR活性的影响，对其进行活性测试发现在200～440℃温度范围内2.5％Mo-Ce-Ti催化剂表现出90％以上的脱硝效率，SCR活性最佳;相较于Ce-Ti催化剂，Mo的掺杂增加了催化剂的氧化还原能力，同时提高了催化剂表面化学吸附氧含量，因而使该催化剂的脱硝性能得到显著增强。
　　(2)在最佳反应温度条件下，对Mo-Ce-Ti体系催化剂进行红外吸附及瞬态反应测试。结果显示Mo的掺杂增加了2.5％Mo-Ce-Ti催化剂表面Lewis酸性位上和Br(o)nsted酸性位上吸附的NH3物种及NH2物种，NH2与气相NO反应生成NH2NO，最终转化为N2和H2O，反应主要遵循E-R机理。
　　(3)采用浸渍-共沉淀法联用制备了Ce-Al-Ti体系催化剂，并研究了Al∶Ti掺杂比例对NH3-SCR活性的影响。结果显示Al∶Ti摩尔比为1∶3的Ce/Al1Ti3催化剂在200～475℃之间可以达到95％以上的NOx转化率。Al与Ti元素的充分掺杂增加了催化剂的比表面积、表面吸附氧含量及反应活性位点，从而提高了该催化剂的脱硝性能。
　　(4)在最佳反应温度条件下，采用原位红外光谱技术研究了Ce/Al1Ti3催化剂的反应机理。相较于Ce-Ti催化剂，Al的掺杂增加了催化剂表面Br(o)nsted酸性位点，使得氨更易吸附在催化剂表面，且生成了反应的主要活性物种-NH2，加速了反应控速步骤的进行。该催化剂表面发生的NH3-SCR反应遵循E-R机理。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 氮氧化物的来源与去除方法

1．1．1 氮氧化物的来源及危害

1．1．2 我国氮氧化物排放现状与特征

1．1．3 氮氧化物净化技术

1．1．4 氨选择性催化还原氮氧化物技术

1．2 SCR催化剂国内外研究进展

1．2．1 SCR催化剂的分类

1．2．2 铈钛催化剂研究进展

1．3 主要研究内容及研究目标

1．3．1 选题依据及意义

1．3．2 研究内容及技术路线

2 Mo-Ce-Ti复合氧化物催化剂

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料和仪器

2．2．2 Mo-Ce-Ti体系催化剂的制备

2．2．3 催化剂的活性评价

2．2．4 催化剂物理化学性质表征

2．2．5 原位红外测试(In situ FTIR)

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 NH3-SCR催化活性测试

2．3．2 比表面积和孔结构分析

2．3．3 XRD分析

2．3．4 H2-TPR分析

2．3．5 XPS分析

2．3．6 Mo-Ce-Ti体系表面吸附态研究实验

2．3．7 反应物表面SCR反应机理研究

2．4 本章小结

3 Ce-Al-Ti复合氧化物催化剂

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料和仪器

3．2．2 Ce-Al-Ti体系催化剂的制备

3．2．3 催化剂的活性评价

3．2．4 催化剂的物理化学性质表征

3．2．5 原位红外测试(In situ FTIR)

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 NH3-SCR催化活性测试

3．3．2 比表面积和孔结构分析

3．3．3 XRD分析

3．3．4 H2-TPR分析

3．3．6 XPS分析

3．4 Ce-Al-Ti体系催化剂反应机理研究

3．4．1 NOx与预吸附在表面的NH3物种的反应

3．4．2 NH3与预吸附在表面的NOx物种的反应

3．4．3 反应物表面SCR反应机理研究

3．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢