柴油车用NH3--SCR催化剂去除NOx的催化性能研究

摘要

凭借动力强、油耗低等优势，柴油车保有量逐年增加，柴油车尾气所造成的环境污染也日益严重。氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术是处理柴油车尾气氮氧化物最有效的方法，该技术的关键在于研发高效的SCR催化剂。本文研究目的是为了开发一种催化活性高、活性温度窗口宽、抗硫性能强且稳定耐用的SCR催化剂。 本文采用浸渍法制备了一系列的Mn-Ce-Zr/ZSM-5催化剂，活性测试表明，Mn6-Ce1-Zr2/ZSM-5催化剂具有最佳的催化活性，在160～330℃间NOx去除率保持在90％以上;通过TEM、XRD、H2-TPR、NH3-TPD等表征发现，Mn6-Ce1-Zr2/ZSM-5催化剂丰富的弱酸位点和较强的氧化还原能力，是催化剂活性好的主要原冈;其中Zr的引入有利于Mn、Ce活性组分在Mn6-Ce1-Zr2/ZSM-5催化剂中的均匀分散;Ce的添加有利于提高Mn6-Ce1-Zr2/ZSM-5催化剂的抗硫性。 为了研究一种活性温度窗口更宽，同样具备优异的抗硫性能，且在高温下具有较好的热稳定性的催化剂，本文制备了Fe-V/TiO2粉末催化剂，采用TG、XRD、H2-TPR、NH3-TPD和Raman光谱对催化剂进行了表征。结果表明， Fe的引入，能大幅降低V2O5在高温下的挥发，减轻钒系催化剂在移动源的生物毒性危害。其中Fe/V比为1∶1(Fe1-V1/TiO2)催化剂形成了FeVO4活性中心，表现出最好的催化活性，在220℃～420℃之间NOx去除率可达到90％以上。Fe1-V1/TiO2催化剂高温热稳定性较好，并且具有较强的抗硫性能，但该催化剂在水蒸气存在下活性和抗硫性下降较为明显。此外，本文采用原为沉淀和浸渍法制备了Fe1-V1/TiO2/堇青石整体催化剂，整体催化剂具有与粉末催化剂相似的活性和抗硫性，该催化剂有望在实际中得到应用。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

引言

1．2 柴油车尾气氮氧化物的形成机理和危害

1．2．1 氮氧化物的形成机理

1．2．2 氮氧化物的危害

1．3 柴油车NOx排放标准

1．4 柴油车NOx处理技术

1．4．1 柴油车尾气主要成分

1．4．2 柴油车尾气处理主要的技术路线

1．5 选择性催化还原NOx技术研究进展

1．5．1 SCR技术概述

1．5．2 SCR技术分类

1．5．3 柴油车NH3-SCR系统

1．5．4 氨选择性催化还原反应机理

1．6 SCR催化剂研究进展

1．6．1 贵金属催化剂

1．6．2 沸石分子筛类催化剂

1．6．3 Fe基分子筛催化剂

1．6．4 Cu基分子筛催化剂

1．6．5 其他分子筛催化剂

1．6．6 金属氧化物催化剂

1．6．7 钒基氧化物催化剂

1．6．8 Fe氧化物催化剂

1．6．9 Mn氧化物催化剂

1．7 选题背景及研究内容

1．7．1 选题背景

1．7．2 研究内容

1．8 本章小结

第二章 实验部分

2．1 实验试剂及仪器设备

2．1．1 主要实验试剂

2．1．2 主要实验仪器设备

2．2 催化剂的制备

2．2．1 Mn-Ce-Zr／ZSM-5催化剂的制备

2．2．2 铁钒钛粉末催化剂的制备

2．3 催化剂表征分析

2．3．1 热重分析

2．3．2 XRD测试

2．3．3 H2-TPR测试

2．3．4 NH3-TPD测试

2．3．5 Raman测试

2．3．6 BET测试

2．3．7 TEM表征

2．4 催化剂活性测试系统

2．4．1 活性测试装置系统

2．4．2 分析测试方法

第三章 Mn-Ce-Zr／ZSM-5 NH3-SCR催化剂的性能研究

3．1 不同Mn／Ce摩尔比催化剂活性测试

3．2 Zr添加对催化剂活性影响

3．3 Zr不同负载量对Mn6-Ce1／ZSM-5催化剂活性影响

3．4 催化剂TEM表征

3．5 催化剂织构分析

3．6 催化剂H2-TPR测试

3．7 催化剂NH3-TPD测试

3．8 Mn6-Ce1-Zr2／ZSM-5催化剂抗硫性测试

3．9 空速对催化剂活性影响

3．10 本章小结

第四章 Fe-V／TiO2 NH3-SCR催化剂的性能研究

4．1 催化剂的性能评价

4．1．1 催化剂活性评价

4．1．2 催化剂抗硫性能测试

4．2 催化剂热稳定性分析

4．3 催化剂XRD分析

4．4 催化剂Raman分析

4．5 催化剂H2-TPR分析

4．6 催化剂NH3-TPD分析

4．7 水蒸气对催化剂性能的影响

4．8 Fe1-V1／TiO2／堇青石整体化催化剂的研究

4．8．1 Fe1-V1／TiO2／堇青石整体化催化剂的制备

4．8．2 Fe1-V1／TiO2／堇青石整体化催化剂的活性测试

4．8．3 Fe1-V1／TiO2／堇青石整体化催化剂抗硫性研究

4．9 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 不足之处及展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文