以改性TiO制备MnO/TiO低温SCR脱硝催化剂及其活性的研究

摘要

本论文主要研究了MnOx/TiO2SCR催化剂体系及经过铈、钒掺杂改性后的二氧化钛粉体用于制备上述催化剂体系后,对催化剂的活性产生的影响。首先,以纳米级锐钛矿型二氧化钛为催化剂载体,MnOx为活性组分,制备了低温MnOx/TiO2体系SCR催化剂,研究和讨论了焙烧温度、活性组分负载量对Nox转化率的影响。利用TG-DSC,XRD,SEM,EDS对催化剂体系及其晶相组成进行表征,采用模拟烟气分析装置测试催化剂的活性。结果表明:以乙酸锰为前驱体,当焙烧温度为400℃,Mn负载量为20％,分解的主要产物为MnO2。在低温范围内,催化剂的反应温度从160℃开始,脱硝性能比较好,其MnOx/TiO2催化剂活性一直都在80％以上。该体系具有良好的低温SCR活性。并以该工艺制备以后经过改性的催化剂体系。
　　 然后分别以V掺杂的二氧化钛粉体及Ce掺杂的二氧化钛粉体作为催化剂载体,MnOx为活性组分,按照上述的制备工艺制备了MnOx/V-TiO2体系SCR催化剂和MnOx/Ce-TiO2体系SCR催化剂,利用TG-DSC,XRD,SEM及EDS考察了V、Ce的掺杂对二氧化钛粉体的结构和晶型转变产生的影响,最终对MnOx/M-TiO2催化剂体系活性产生的影响,采用模拟烟气分析装置测试催化剂的活性。结果表明:V离子的掺杂促进了二氧化钛粒子由锐钛矿型向金红石型的转变,而Ce离子的掺杂阻碍了二氧化钛粒子由锐钛矿型向金红石型的转变,并且拓宽了锐钛矿型二氧化钛向金红石型的转变温度范围,使锐钛矿型二氧化钛的使用温度范围变宽。利用谢勒公式对XRD数据进行计算,结果发现进行掺杂改性后的二氧化钛晶粒尺寸随温度的升高,呈逐渐增大趋势;V及Ce的引入大大抑制了二氧化钛的晶粒生长,随掺杂量的增加,其粒径尺寸有缓慢减小的趋势;SEM及EDS发现分散较为均匀。通过对XRD结果计算发现掺杂的二氧化钛晶粒尺寸随温度的升高,呈逐渐减小的趋势;溶胶凝胶法制备的V、Ce掺杂的二氧化钛粉末,其颗粒平均粒径均在100nm左右,且分散较为均匀,保证了其具有较大的比表面积。对制备成的MnOx/V-TiO2及MnOx/Ce-TiO2催化剂粉末进行活性测试后,结果发现:用掺杂改性后的二氧化钛粉末制备的催化剂粉末活性要明显高于以未掺杂的二氧化钛制备的样品粉末的活性。对三个催化剂体系进行活性由高到低为:MnOx/Ce-TiO2＞MnOx/V-TiO2＞MnOx/TiO2。前两个催化剂体系机理都可以解释为:掺杂后的二氧化钛用于SCR催化剂时,可以使二氧化钛路易斯酸性增强,使其对NH3的吸附量增加,保证了催化剂基体有大量NH2·自由基产生使基体具备一定得脱硝能力;MnOx/M-TiO2催化剂是较好的低温SCR催化剂体系,与上步同时作用,达到脱硝的目的,提高了脱硝效率。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 脱硝技术研究进展

1.1.1 脱硝技术现状

1.1.2 选择性非催化还原(SNCR)

1.1.3 选择性催化还原(SCR)

1.1.4 低温SCR技术的研究进展

1.2 常用的Mn基催化剂种类

1.2.1 无载体催化剂

1.2.2 分子筛催化剂

1.2.3 碳材料为载体

1.2.4 金属氧化物为载体

1.3 改性TiO2的研究现状

1.3.1 贵金属沉积

1.3.2 稀土金属掺杂TiO2掺杂

1.3.3 其他掺杂

1.4 本课题的研究意义、主要内容及创新点

1.4.1 本课题研究的意义

1.4.2 本课题研究的主要内容

1.4.3 本课题的创新点

2 MnOx/TiO2催化剂的制备

2.1 实验原料与仪器

2.2 实验设备

2.3 MnOx/TiO2催化剂的制备

2.4 测试与表征

2.5 颗粒状MnOx/TiO2SCR催化剂的活性实验测试

2.6 结果与讨论

2.6.1 煅烧温度对MnOx/TiO2活性的影响

2.6.2 MnOx负载量对MnOx/TiO2活性的影响

2.6.3 [NH3]/[NO]对NOx转化率的影响

3 MnOx/V-TiO2催化剂的制备

3.1 实验原料与仪器

3.2 实验设备

3.3 TiO2及V-TiO2粉体颗粒的制备

3.4 MnOx/V-TiO2催化剂的制备

3.5 测试与表征

3.6 结果与讨论

3.6.1 V掺杂对TiO2晶型转变的影响

3.6.2 不同V掺杂量对TiO2晶型转变的影响

3.6.3 不同V掺杂量对MnOx/V-TiO2催化剂活性的影响

4 MnOx/Ce-TiO2催化剂的制备

4.1 实验原料与仪器

4.2 试验设备

4.3 TiO2及Ce-TiO2颗粒的制备

4.4 MnOx/Ce-TiO2催化剂的制备

4.5 测试与表征

4.6 结果与讨论

4.6.1 Ce掺杂对TiO2晶型转变的影响

4.6.2 不同Ce掺杂量对TiO2晶型转变的影响

4.6.3 不同Ce掺杂量对MnOx/Ce-TiO2催化剂活性的影响

5 结论

致谢

参考文献

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