硫酸化ZrO2载Pt催化剂上H2选择催化还原NOx的研究

摘要

氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物之一，它不仅可以造成酸雨、臭氧层空洞以及光化学烟雾等环境问题，还危及人类的身体健康。因此，如何有效消除NOx是当前世界各国亟待解决的问题。氮氧化物的氢气选择催化还原(H2-SCR)法由于具有较高的低温活性而引起科研工作者的大量研究。本论文研究了硫酸化改性ZrO2载Pt上的H2-SCR反应，并探讨了SO42-对硫酸化ZrO2载Pt催化剂在组织结构、表面性质以及H2-SCR反应中的影响。此外，还测试了该类催化剂在H2-SCR反应中抗SO2和抗H2O的能力。
　　研究发现，与Pt/ZrO2相比，硫酸化ZrO2载Pt催化剂上的NOx转化率和N2选择性均明显提高，且反应活性温度窗口向低温偏移。随着SO42-掺杂量的增加，在硫酸化ZrO2载Pt催化剂上H2-SCR反应活性呈现火山型变化趋势。进一步研究结果表明，少量SO42-有利于稳定ZrO2的四方晶型。吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)结果表明，ZrO2经硫酸化改性后产生了B酸，并且总酸量和强酸量均增加。原位红外表征结果证明，ZrO2载体经硫酸化改性后载Pt，载体和Pt上NOx物种的吸附都在一定程度上被抑制，从而有更多Pt表面用于活化H2。催化剂活化H2能力的不同是造成其H2-SCR活性差异的主要原因。
　　本论文还测试了硫酸化ZrO2载Pt后在H2-SCR反应中抗SO2和抗H2O的性能。在0.5％Pt/20％SO42--ZrO2催化剂上，在H2-SCR反应气氛中引入20 ppm SO21 h后，催化剂完全失活;切断SO2后，活性恢复至原来的77％。对失活的0.5％Pt/20％SO42--ZrO2再生处理后，活性几乎完全恢复。在H2-SCR反应气氛中引入10％ H2O后，在该催化剂上高温时(≥100℃)催化活性几乎不受影响，低温时催化活性受到显著抑制。在100℃下测试该催化剂抗水寿命，10h内NOx转化率没有明显降低。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 氮氧化物及消除方法简介

1．1．1 氮氧化物的来源及危害

1．1．2 氮氧化物的消除方法简介

1．2 氢气选择性催化还原NOx(H2-SCR)研究现状

1．2．1 H2-SCR反应的催化剂

1．2．2 影响H2-SCR反应的因素

1．2．3 H2-SCR反应机理研究

1．3 硫酸化ZrO2的特性及催化脱硝应用

1．3．1 硫酸化ZrO2的特性

1．3．2 催化脱硝应用

1．4 选题依据及论文设想

2 实验部分

2．1 实验原料和仪器

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验仪器

2．2 催化剂的制备

2．2．1 硫酸化ZrO2载体的制备

2．2．2 四方晶型ZrO2载体的制备

2．2．3 Pt基催化剂的制备

2．3 H2-SCR反应活性测试

2．4 催化剂的表征

2．4．1 X射线粉末衍射(XRD)

2．4．2 氮氧化物程序升温脱附(NOx-TPD)

2．4．3 H2-O2反应

2．4．4 傅里叶红外变换光谱(FTIR)研究

3 硫酸化ZrO2载Pt催化剂H2-SCR研究

3．1 不同催化剂的H2-SCR催化活性比较

3．1．1 SO42-掺杂量对催化剂上H2-SCR反应的影响

3．1．2 硫酸化改性对载体结构的影响

3．1．3 ZrO2晶型对催化剂上H2-SCR反应的影响

3．1．4 小结

3．2 硫酸化改性对Pt价态的影响

3．2．1 硫酸化改性对载体酸性的影响

3．2．2 CO-FTIR表征Pt价态

3．2．3 小结

3．3 硫酸化改性对NOx在催化剂上吸脱附的影响

3．3．1 NOx在催化剂上的吸附

3．3．2 NOx在Pt上的吸附

3．3．3 小结

3．4 不同催化剂活化H2能力的比较

3．5 本章小结

4 硫酸化ZrO2载Pt催化剂抗中毒能力测试

4．1 抗SO2能力测试

4．2 抗H2O能力测试

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢