中温原位催化还原NO_x催化剂的制备及性能研究

论文摘要

NOx是对人类危害极大的大气污染物之一，十几年来，NOx的有效消除成为世界环保领域难以解决的课题。尿素选择性催化还原NOx具有很广阔的应用前景。目前只有少量的分子筛负载型贵金属催化剂具有较高的活性，但是贵金属催化剂容易中毒并且资源匮乏。因此，过渡金属催化剂将引起人们广泛关注。在本论文中，采用堇青石蜂窝陶瓷作载体，以CuO为主要活性组分，稀土金属及其它过渡金属作助催化剂，以尿素作还原剂，采用程序升温法，利用固定床流动化反应评价系统评价各催化剂选择催化还原NOx的催化活性。催化剂用XRD，TPR，XPS和SEM表征。负载在堇青石蜂窝陶瓷上的铜作为催化还原NOx的催化剂具有一定的催化活性。Cu-Ce催化活性在整个考察范围内高于铜催化剂，尤其是低温时较明显。稀土金属可以在一定程度上提高Cu催化剂的活性，但与镧相比铈更能提高催化剂活性。在所考察的催化剂中，Cu-Ag-Co催化活性最高，NOx的最高转化率超过80％，温度范围最宽，在150～350℃范围内催化活性都较高。研究结果表明活性的高低不仅与活性组分的类别有关，而且与活性组分的负载量、空速、煅烧温度有关，还受到载体本身性质、活性组分在载体上的分散度以及活性组分之间协调性的影响。在催化还原反应过程中，铜物种主要以氧化铜形式存在。铜、银和钴物种能与载体及活性组分相互协调提高催化剂的活性，在化学反应前后物相组成结构基本不变。在铜催化剂上添加稀土金属铈后，催化剂使还原反应活化能都降低，各催化剂的还原峰都向低温方向移动，还原速率也加快，提高NOx的还原率。根据N2吸脱附等温线的形状研究了吸附剂与吸附质分子的相互作用情况，采用BET法计算了各催化剂的比表面积数据、BJH法求算出平均孔径值，结合活性数据得出结论：催化剂的比表面积越大、平均孔径越大其活性越高，对尿素选择催化还原NOx越有利。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选择性催化还原法的研究现状
• 1.2.1 SCR还原剂的研究现状
• 1.2.2 催化剂载体技术的发展
• 1.2.3 SCR催化剂发展概况
• 1.3 课题研究的背景及意义
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.2 铜系列负载型催化剂活性评价
• 2.2.1 催化剂活性评价步骤
• 2.2.2 催化剂稳定性考察步骤
• 2.3 催化剂表征
• 2.3.1 催化剂物相结构分析
• 2.3.2 催化剂的比表面积及孔分布
• 2-TPR实验'>2.3.3 H₂-TPR实验
• 2-TPD实验'>2.3.4 H₂-TPD实验
• 2.3.5 催化剂的表面表征技术
• 2.3.6 催化剂表面形貌
• 2.4 本章小结
• x的性能研究'>第3章 铜催化剂催化还原NO_x的性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 空白实验
• 3.1.2 载体的前处理
• 3.1.3 催化剂的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 负载型CuO催化剂活性考察
• 3.2.2 助剂对催化剂CuO/堇青石活性的影响
• 3.2.3 复合金属氧化物催化剂活性研究
• 3.3 催化剂的表征
• 3.3.1 物相结构分析
• 3.3.2 比表面积和孔径分析
• 2-TPR研究'>3.3.3 H₂-TPR研究
• 2-TPD研究'>3.3.4 H₂-TPD研究
• 3.3.5 XPS分析
• 3.3.6 催化剂表面形貌分析
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢