改性FeZSM-5在N2O直接催化分解反应中的应用

摘要

大气中一氧化二氮(N2O，全球变暖潜能值GWP≈300;臭氧消耗潜能值ODP≈0.017)的存在会引起温室效应并且破坏臭氧层，因此被列为《京都议定书》限定排放的主要对象。随着人们环境保护意识的增强，对于控制N2O的排放越来越重视，因此研究开发N2O的消除技术具有重要的理论意义和实际价值。
　　 目前对N2O排放气的消解技术主要有热分解、选择性催化还原和直接催化分解三种方法。直接催化分解N2O的方法被认为是一种最理想的方法，这种方法不需要添加额外的还原剂，在催化剂的作用下直接将N2O分解为氧气和氮气，具有操作工艺简单，避免二次污染等优点。研究表明FeZSM-5（尤其是经过水蒸气处理后）对N2O直接催化分解具有较高的活性。本文采用碱、中性水蒸气处理的方法对FeZSM-5催化剂进行后处理改性，对比了处理前后催化剂的活性，并结合XRD、SEM、N2吸附等温线、UV-vis吸收、N2O-CO滴定等多种手段对FeZSM-5进行表征。具体研究内容如下:
　　 1)对晶体尺寸为8μm的FeZSM-5沸石分子筛进行碱、中性水蒸气处理，并考察了碱性水蒸气处理中各组分分压、处理时间及处理温度对N2O催化分解活性的影响。结果表明，经过碱性水蒸气处理后的催化剂活性较高，随着处理温度(773-923K范围内)的升高，催化剂活性也随之提高。采用XRD、SEM、N2吸附等温线、UV-vis吸收、N2O-CO滴定等多种手段对FeZSM-5进行表征，初步认定碱性水蒸气处理产生了较多的活性Fe中心，从而提高了催化剂活性。
　　 2)选取3个不同晶体尺寸（300nm、8μm，20μm）的FeZSM-5经过水蒸气处理后应用于N2O的直接催化分解反应中，发现晶粒越大，N2O完全分解所需要的温度越高。结果表明，在高转化率（高温）下，FeZSM-5上的N2O催化分解受内部传质限制。对比研究FeZSM-5、FeBeta、FeMOR水蒸气处理后的N2O催化分解性能，结果表明水蒸气处理后催化剂活性均有显著提高。在具有更好传质性能的FeBeta样品上，798K下N2O即可达到完全分解。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 N2O的简介

1．2 N2O的处理方法

1．3 N2O的直接催化分解

1．4 FeZSM-5沸石分子筛

1．4．1 FeZSM-5的结构

1．4．2 FeZSM-5的制备方法

1．4．3 FeZSM-5催化分解N2O的机理

1．5 β沸石分子筛(Beta)

1．6 水热处理方法

1．7 课题研究的意义和内容

第二章 实验仪器与分析表征手段

2．1 实验试剂和仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 催化剂改性实验仪器

2．2 催化剂表征方法

2．2．1 晶体结构表征(XRD)

2．2．2 形貌表征(SEM)

2．2．3 紫外可见(UV-vis)吸收光谱

2．2．4 NH3-TPD

2．2．5 孔结构表征(N2-吸脱附)

2．2．6 N2O-CO滴定

2．3 催化剂的活性评价

2．3．1 活性评价装置

2．3．2 质量流量计的标定

2．3．3 预处理和反应评价条件

2．3．4 催化剂转化率的计算

2．3．5 反应产物的组成分析

第三章 碱性水蒸气处理的Fe-ZSM-5催化降解N2O

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 FeZSM-5分子筛的制备

3．2．2 碱／中性水蒸气处理

3．2．3 铁活性位的测定

3．3 结果与讨论

3．3．1 碱／中性水蒸气处理的对比试验

3．3．2 碱性水蒸气处理各组分分压对催化活性的影响

3．3．3 碱性水蒸气处理时间对催化活性的影响

3．3．4 碱性水蒸气处理温度对催化活性的影响

3．3．5 碱性水蒸气处理的FeZSM-5提高N2O催化活性的探究

3．4 结论

第四章 负载铁的分子筛在N2O直接催化分解反应中的应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 纳米级Fe-ZSM-5的制备

4．2．2 水蒸气处理

4．3 结果与讨论

4．3．1 纳米级Fe-ZSM-5的探究

4．3．2 FeBeta催化分解N2O的活性

4．3．3 FeMOR催化分解N2O的活性

4．4 结论

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 课题展望

参考文献

作者简介及攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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