新型Fe/W--CeO2催化剂氨气选择性催化还原NOx的研究

摘要

氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物之一，是引起光化学烟雾和酸雨的一个主要原因，严重破坏地球生态环境，危害人类健康。目前，氨气选择性催化还原（NH3-SCR）是处理固定源氮氧化物(燃煤发电厂等)最有效的方法。铈和钨与铁的组合可以在较低温度下具有高NOx还原能力，具有高的N2选择性和良好的抗各种化合物的失活性。本论文开发出了一种可用于氨气选择性催化还原反应的新型催化剂并表征其性能。 采用溶胶-凝胶法制备了一类新型铁掺杂铈-钨催化剂，以应用于电厂低温下NH3选择性催化还原NOx。当Fe/W/Ce粒子摩尔比为0.5：1：1时，NOx的转化率在200℃下大于90%。在具有低氧化铁含量的Fe-W-Ce催化剂中，发现铁化合物高度分散并在氧化铈晶格内形成固溶体，这促进了SCR活性。催化剂中的大量铁可能在催化剂表面形成一层Fe2O3，从而诱导Fe，Ce和W物种之间的协同作用。此外，Fe-W-Ce催化剂对操作参数的改变以及SO2和H2O的抗性有很好的兼容性。 通过水热法预制CeO2普通形，纳米多面体，纳米棒和纳米立方体，并用作Fe/W-CeO2催化剂的载体，用氨选择性催化还原NO。通过XRD,TEM,Raman,Py-IR和XPS等表征手段探究催化剂活性差异的产生原因，发现CeO2载体的形貌来源于不同的晶体表面的选择性地暴露，这对氧空位，酸性位点和Fe2O3的分散具有显著影响。CeO2纳米多面体催化剂(Fe/W-CeO2-P)显示出较多相对氧空位0.32、最大的酸位数223mmol/g、最大的BET表面积80.06m2/g和最佳的Fe2O3分散，这是因为CeO2纳米多面体催化剂(Fe/W-CeO2-P)主要暴露CeO2(111)面有关。因此，与普通形，纳米棒和纳米立方体Fe/W-CeO2催化剂相比，纳米多面体Fe/W-CeO2-P催化剂在100-325℃的温度范围内具有最高90%的NO转化率。

目录

符号说明

第1章 文献综述

1.1 氮氧化物的来源及危害

1.2 氮氧化物的消除技术

1.2.1 一氧化碳选择性催化还原NOx(CO-SCR)

1.2.2 烃类选择性催化还原NOx(HC-SCR)

1.2.3 氢气选择性催化还原NOx(H2-SCR)

1.2.4 氨气选择性催化还原NOx(NH3-SCR)

1.3 NH3-SCR的催化剂

1.3.1 单一金属氧化物催化剂

1.3.2 复合金属氧化物催化剂

1.3.3 分子筛催化剂

1.4 依赖形貌的纳米催化剂

1.5 NH3-SCR的反应机理

1.5.1Eley-Rideal (E-R)机理

1.5.2Langmuir-Hinshelwood (L-H)机理

1.6 论文选题意义及主要研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验药品与试剂

2.2 实验所用气体

2.3 实验所用仪器设备

2.4 催化剂的制备

2.5 催化剂的表征方法

2.5.1 X射线衍射(XRD)

2.5.2 透射电子显微镜和高倍透射电子显微镜(TEM和HRTEM)

2.5.3 氮气物理吸附

2.5.4 X射线光电子能谱分析(XPS)

2.5.5 吡啶吸附红外光谱(Py-IR)

2.5.6 紫外可见光漫反射光谱(UV/vis)

2.5.7 拉曼光谱(Raman)

2.5.8 电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)

2.6 催化剂活性评估

第3章 新型Fe-W-Ce复合氧化物低温下NH3选择性催化还原NOx的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 催化剂的制备

3.2.2 催化剂的表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 催化剂的活性

3.3.2 催化剂表征

3.3.3 GHSV和NH3/NO比的影响

3.3.4 SO2和H2O的影响

3.3.5 结果讨论

3.3.6 本章小结

第4章 Fe/W-CeO2催化剂NH3选择性催化还原NO的形貌和晶面效应

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 催化剂的制备

4.2.2 催化剂的表征

4.3 结果与讨论

4.3.1 催化剂的NH3-SCR性能

4.3.2 表征结果分析

4.3.3 SO2和H2O对NH3-SCR活性的影响

4.3.4 Fe/W比对NH3-SCR活性的影响

4.3.5 结果讨论

4.3.6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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