氧化锰分子筛低温氨选择性催化还原氮氧化物

论文摘要

根据我国目前固定源烟气排放控制装置的现状,采用低温NH3-SCR技术（氨选择性催化还原氮氧化物）便于和现有的锅炉系统相匹配,高效低费,易于推广,是最经济的选择,因此,研制开发与之相匹配的低温高效、性能稳定的NH3-SCR催化剂成为该技术研究领域的一大热点。本文模拟固定源烟气排放特征,开展低温NH3-SCR氧化锰分子筛（OMS-2）催化剂研究。研究工作主要围绕晶体结构孔道内含K+的OMS-2（K-Hol）以及骨架掺杂V的V-OMS-2催化剂展开。采用X射线衍射（XRD）、N2吸附比表面积测试法（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）、热重分析（TG）、H2程序升温还原（H2-TPR）和透射电镜（TEM）等方法对氧化锰分子筛物化性质进行表征,结合催化剂活性评价结果,初步建立了氧化锰分子筛结构—催化性能构效关系。主要研究成果如下:制备的K-Hol具有良好的低温NH3-SCR活性,100 oC的NOx转化率接近90%。SEM和TEM结果表明K-Hol为四方棱柱纳米棒形貌,表面暴露晶面为{110}面。该晶面原子排布成特殊半孔道结构,对NH3有强吸附作用;而通过BET、TG、NH3+O2过渡态反应和原子结构模型等分析发现K-Hol中存在高活性晶格氧（占全部晶格氧数量百分比约1.6%）,它对NH3-SCR过程中NH3的活化起着很重要的作用。K-Hol构效关系研究表明,低温NH3-SCR反应主要发生在氧化锰分子筛催化剂的外表面,K-Hol具有的表面半孔道结构以及足够数量的高活性晶格氧是导致其高NH3-SCR活性的主要原因。OMS-2掺V可以显著影响其催化性能。H2-TPR、TEM和NH3吸附/脱附等表征结果显示,V掺杂可以增加催化剂的表面缺陷位（即Lewis酸位）,从而增强NH3的吸附能力;但同时掺杂也会导致催化剂氧化还原能力的下降,使NH3活化能力降低。2%V/Mn原子比掺杂量为最佳,在此条件下,V-OMS-2的Lewis酸位有显著增加;而表面氧化还原能力却基本不受影响;且抑制了影响催化活性的热稳定NO3-类物种的形成。因此,该掺杂量的催化剂NH3-SCR活性最佳。掺杂V离子亦可在一定程度上提高OMS-2在NH3-SCR中的N2选择性和抗硫抗水性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 固定源氮氧化物控制技术
• 1.2.1 源控制
• 1.2.2 后处理
• 3-SCR）技术'>1.3 氨选择性催化还原氮氧化物（NH₃-SCR）技术
• 3-SCR 技术原理'>1.3.1 NH₃-SCR 技术原理
• 3-SCR 催化剂'>1.3.2 NH₃-SCR 催化剂
• 3-SCR 系统'>1.3.3 NH₃-SCR 系统
• 3-SCR 技术研究进展'>1.4 氧化锰基催化剂低温 NH₃-SCR 技术研究进展
• 1.4.1 氧化锰催化剂
• 1.4.2 锰基复合氧化物催化剂
• 1.5 本课题研究的主要内容和技术路线
• 1.5.1 氧化锰分子筛催化剂
• 1.5.2 本论文的构思
• 参考文献
• 第二章 实验部分
• 2.1 催化剂的制备
• 2.1.1 化学试剂
• 2.1.2 仪器设备
• 2.1.3 制备方法
• 2.2 催化剂的活性评价
• 3-SCR 催化性能'>2.2.1 NH₃-SCR 催化性能
• 3 吸附脱附反应'>2.2.2 NH₃吸附脱附反应
• 2.2.3 NO 程序升温脱附反应（NO-TPD）
• 2.3 催化剂的表征
• 2.3.1 催化剂的晶相分析（XRD）
• 2.3.2 催化剂比表面积测定（BET）
• 2.3.3 催化剂元素分析（ICP-AES & XRF）
• 2-TPR）'>2.3.4 程序升温还原（H₂-TPR）
• 2.3.5 X 射线光电子能谱分析（XPS）
• 2.3.6 热重分析（TG）
• 2.3.7 扫描电子显微镜测试（SEM）
• 2.3.8 透射电子显微镜测试（TEM）
• 2.3.9 激光拉曼光谱测试（Laser Raman）
• 3-SCR 性能表征'>第三章 氧化锰分子筛催化剂结构和低温 NH₃-SCR 性能表征
• 3.1 前言
• 3.2 催化性能评价
• 3.2.1 催化剂的基本物理参数
• 3-SCR 催化性能'>3.2.2 NH₃-SCR 催化性能
• 3+O₂ 过渡态反应'>3.2.3 NH₃+O₂过渡态反应
• 3.3 催化剂的表征
• 3.3.1 XPS
• 3.3.2 TG 分析
• 3.3.3 SEM 表征
• 3.3.4 TEM 表征
• 3.4 氧化锰分子筛结构—催化性能关系分析
• 3.5 水汽的影响
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 3-SCR 性能影响'>第四章 掺钒对氧化锰分子筛的 NH₃-SCR 性能影响
• 4.1 前言
• 4.2 催化剂结构表征
• 4.2.1 XRD
• 4.2.2 Laser Raman
• 4.2.3 BET 及元素分析
• 2-TPR'>4.2.4 H₂-TPR
• 4.2.5 SEM
• 4.2.6 TEM
• 4.2.7 XPS
• 4.3 催化剂活性评价
• 3-SCR 催化性能'>4.3.1 NH₃-SCR 催化性能
• 3 吸附脱附反应'>4.3.2 NH₃吸附脱附反应
• 4.3.3 NO-TPD
• 2 选择性'>4.3.4 N₂选择性
• 4.4 V-OMS-2 催化剂构效关系分析
• 4.5 催化剂抗毒性能研究
• 4.5.1 抗硫性能
• 4.5.2 抗水性能
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 在学期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢