固体酸催化剂上NH3选择性催化还原NOx的研究

摘要

鉴于NH3选择性催化还原NOx(NH3-SCR)催化剂的性能与其表面酸性密切相关，本论文以固体酸为载体，通过负载过渡金属氧化物来构筑具有优异催化活性的脱硝催化剂。发现Cr/W/Zr及W/Fe催化剂呈现良好的NOx脱除效率。通过X射线衍射(XRD)，XPS，H2-TPR等手段对催化剂的结构进行表征，并借助原位红外漫反射光谱研究了催化剂上NH3-SCR的反应机理。
　　通过浸渍制备得的2Cr/12.5W/Zr催化剂在空速98，000 h-1，300-450℃范围内NOx转化率在90％以上，同时具有较高的抗水和抗硫性能。Cr的加入改善催化剂上W的分散度，提高催化剂氧化-还原能力，并且W/Zr表面具有强的酸性，有利于反应物在催化剂表面的吸附与活化，生成了更多的活性反应物种，从而促进了NH3-SCR反应的进行。
　　焙烧温度和W的负载量均与W/Fe固体酸催化剂的密切相关，在550℃下煅烧催化剂呈现最优的催化活性，并且W的最佳负载量为10％。10W/Fe催化剂在空速为100，000 h-1，275-425℃内NOx的转化率高于90％，同时具有优异的N2选择性和抗水抗硫性。W与Fe的相互作用降低了Fe的结晶度和颗粒的团聚，同时增强催化剂中Fe3+和W6+的被还原的能力，改善催化剂氧化还原性能。通过原位红外漫反射实验发现，W与Fe的相互作用形成的固体酸使催化剂的酸性得到增强，增多酸性活性中心吸附氨种类，使气相的NH3，L酸位上的NH3和吸附氨的氧化物种都参与反应，从而提高催化剂SCR催化反应活性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 固定源NOx生成机理

1．3 NOx控制技术

1．4 烟气脱硝技术

1．4．1 吸收法

1．4．2 生物净化法

1．4．3 催化分解法

1．4．4 选择非催化还原技术(SNCR)

1．4．5 选择催化还原脱硝技术(SCR)

1．5 SCR脱硝催化剂的研究

1．5．1 V系催化剂

1．5．2 Mn系催化剂

1．5．3 Ce系催化剂

1．5．4 沸石分子筛催化剂

1．6 本课题研究的目的和意义

第二章 实验内容与研究方法

2．1 实验试剂、气体和实验仪器

2．2 催化剂的制备

2．2．1 M(MB、Cr、Cu、Ni)／W／Zr催化剂的制备

2．2．2 W／Fe固体酸催化剂的制备

2．2．3 碱金属中毒催化剂的制备

2．3 催化剂活性评价

2．4 催化剂表征方法

2．4．1 比表面积(BET)测试

2．4．2 XRD(X射线衍射)分析

2．4．3 拉曼光谱分析

2．4．4 XPS(X射线光电子能谱)分析

2．4．5 H2-TPR(氢气程序升温还原)分析

2．4．6 原位漫反射傅立叶变换红外光谱(In sire Drifts)分析

第三章 CrWzr催化剂上NH3选择催化还原NOx的研究

3．1 引言

3．2 CrWZr催化剂活性性能研究

3．2．1 煅烧温度对W／Zr固体酸催化活性的影响

3．2．2 M(M=Mn、Cu、Cr、Ni)／W／Zr催化性能活性比较

3．2．3 Cr元素含量对Cr／12．5W／Zr催化剂活性的影响

3．2．4 W元素含量对2Cr／W／Zr催化剂活性的影响

3．2．5 负载Cr的不同载体催化剂比较

3．2．6 xCr／12．5W／Zr催化剂的选择性

3．2．7 H2O和SO2对Cr／12．5W／Zr催化活性的稳定性试验

3．2．8 催化剂抗碱金属性能的初步研究

3．3 催化剂表征

3．3．1 BET比表面积

3．3．2 X射线衍射分析

3．3．3 H2-TPR分析

3．3．3 XPS分析

3．4 In situ DRIFTS分析

3．4．1 DRIFTS吸附态实验分析

3．4．2 DRIFTS瞬态实验分析

3．5 本章小结

第四章 W／Fe催化剂上NH3选择催化还原NOx的研究

4．1 引言

4．2 W／Fe催化剂催化性能研究

4．2．1 煅烧温度的影响

4．2．2 W／Fe催化剂的催化性能

4．2．3 催化剂的选择性

4．2．4 水和SO2的影响

4．3 催化剂表征

4．3．1 比表面积分析

4．3．2 X射线衍射分析

4．3．3 拉曼光谱分析

4．3．4 XPS分析

4．3．5 H2-TPR分析

4．4 Fe系催化剂DRIFTS分析

4．4．1 DRIFTS吸附态实验分析

4．4．2 DRIFTS瞬态实验分析

4．5 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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