Mn--Ce--Ti催化剂上NH3选择性催化还原NOx的研究

摘要

本文以NH3选择性催化还原NOx为模型反应，研究了Mn-Ce-Ti复合氧化物催化剂对该反应的催化性能。通过对催化剂中各金属组分的摩尔比进行调变，发现活性最高的催化剂为Mn0.2Ce0.1Ti0.7，该催化剂在150-300℃达到了90％以上的脱硝效率。与Mn0.2Ti0.8和Ce0.1Ti0.9催化剂对比，Mn0.2Ce0.1Ti0.7催化剂具有更高的活性和抗水及抗硫性能。 采用XRD、BET、XPS和DRIFTS等表征手段，对催化剂的结构进行了分析表征，并探索了Mn-Ce-Ti复合氧化物催化剂上NOx催化消除的反应机理。其中XRD、BET等结果表明，水热法制备的Mn-Ce-Ti具有高的比表面积，Mn、Ce和Ti的协同作用抑制了催化剂的结晶，使Mn-CeTi催化剂以无定形的结构存在;H2-TPR的结果表明，Mn0.2Ce0.1Ti0.9催化剂降低了Ce4+→Ce+3的反应温度，提高了CeO2的还原性，促进了催化剂的氧化还原性能;XPS结果发现，Mn0.2Ce0.1Ti0.9催化剂中Mn3+含量较高，可能是由于Ce4+→Ce3+和Ti4+→Ti3+的还原过程中，电子转移至Mn4+，将其还原为Mn3+的结果;DRIFTS的实验中，Mn0.2Ce0.1Ti0.7催化剂表面可以吸附更多与氨相关的物种和具有反应活性的与NO2相关的物种，这些活性中间体的产生，提高了催化剂的反应活性，促进了催化反应的进行。 总之，Mn0.2Ce0.1Ti0.7催化剂中，Mn、Ce和Ti的相互协同作用，产生了双氧化还原对(Mn4++Ce3+(→) Mn3++ Ce4+，Mn4++Ti3+(→)Mn3++ Ti4+)和无定形结构，这对催化剂的活性影响起到非常积极的作用，此外，它促进了活性中间物种的生成，有利于提高催化剂的催化活性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 烟气中NOx生成机理

1．3 NOx控制技术

1．4 选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术

1．5 低温催化剂

1．5．1 V基催化剂

1．5．2 Mn基催化剂

1．5．3 Ce基催化剂

1．6 课题选题意义和内容

1．6．1 课题选题意义及目的

1．5．1 课题研究内容

第二章 实验内容

2．1 实验试剂和仪器

2．2 催化剂的制备

2．2．1 M(Fe、Ni、Cr、Mn)-Ce-Ti催化剂的制备

2．3 催化剂的性能评估

2．4 催化剂的表征方法

2．4．1 BET比表面积分析(BET)

2．4．2 X射线衍射(XRD)分析

2．4．3 拉曼光谱分析

2．4．4 扫描电子显微镜(SEM)法

2．4．5 X射线光电子能谱(XPS)分析

2．4．6 程序升温还原(H2-TPR)法

2．5 傅里叶原位红外光谱(DRIFTS)的研究

2．5．1 DRIFTS吸附实验的研究

2．5．2 DRIFTS瞬态实验的研究

2．5．3 DRIFTS全反应气稳态实验的研究

第三章 催化剂的催化性能研究

3．1 引言

3．2 催化剂的活性研究

3．2．1 M-Ce-Ti催化剂的活性研究

3．2．2 Cr-Ce-Ti催化剂的活性研究

3．2．3 Mn-Ce-Ti催化剂的活性研究

3．2．4 Mn0．2Ce0．1Ti0．7Ox、Mn0．2Ti0．8Ox和Ce0．1Ti0．9Ox催化剂的活性对比研究

3．2．5 H2O和SO2对催化剂活性的影响

3．3 催化剂的结构表征

3．3．1 BET比表面积和孔径结构分析

3．3．2 XRD、拉曼和SEM分析

3．3．3 H2-TPR分析

3．3．4 XPS分析

3．4 本章小结

第四章 催化剂的原位红外光谱研究

4．1 引言

4．2 DRIFTS吸附实验的研究

4．2．1 催化剂上NO+O2吸附实验的研究

4．2．2 催化剂上NH3吸附实验的研究

4．3 DRIFTS瞬态实验的研究

4．3．1 催化剂上先NO+O2吸附后NH3的瞬态实验研究

4．3．2 催化剂上先NH3吸附后NO+O2的瞬态实验研究

4．4 DRIFTS全反应气稳态实验的研究

4．6 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 实验总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的论文

作者和导师简介