Mn-TiO-,2-系列低溫SCR脫硝催化劑制備及其反應機理研究.pdf

1、選擇性催化還原(SCR)脫除煙氣中NOx是大氣污染控制領域的一個重要課題。近年來，低溫SCR由于具有明顯的節(jié)能特點和潛在的工業(yè)應用價值，正成為研究熱點。但就目前國內(nèi)外的研究進展而言，低溫范圍內(nèi)催化劑活性不高、活性物質分散性較差、反應機理不夠明確等仍是低溫SCR脫硝技術走向實際應用的主要障礙。本文針對以上主要問題，以Mn/TiO2作為基礎組分，進行了低溫SCR脫硝技術研究。 本文首先對制備方法進行了篩選。對溶膠—凝膠法、浸漬法和

2、共沉淀法三種不同方法制備得到的催化劑活性比較結果表明，溶膠—凝膠法制備得到的催化劑納米結構更為豐富，活性物質分散性更好，對NO的脫除率更高?？梢?，溶膠—凝膠法是一種較為理想的低溫SCR催化劑制備方法。 其次，針對上述溶膠—凝膠法制備的催化劑，系統(tǒng)研究了低溫SCR的優(yōu)化操作條件，主要包括催化劑Mn/Ti比、催化劑焙燒溫度、反應空速、反應系統(tǒng)中O2和NH3的濃度，以及在瞬態(tài)反應中O2和NH3的作用。此外，分析了催化反應的動力學過程

3、，確定了反應級數(shù)和反應速率常數(shù)，并由此得到了Mn(0.4)/TiO2的表觀反應活化能。 為緩解催化劑制備過程中活性物質的燒結團聚，將過渡金屬元素引入到催化劑體系中制備成三元催化劑，結果表明過渡金屬元素的摻雜能夠大幅度提高催化劑的活性。結合BET、XRD、XPS、TEM等表征手段，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過渡金屬元素摻雜后催化劑的納米結構和活性物質的分散性均得到有效改善，能更有效地脫除NO。 基于以上研究結果，研究了催化反應過程及反應機

4、理。發(fā)現(xiàn)由于過渡金屬元素Fe的摻雜，增加了活性組分——配位態(tài)NH3形成的可能性，并降低了催化劑表面硝酸鹽的穩(wěn)定性，使硝酸鹽由活性位的侵占物質轉化為反應的活性中間體，從而使反應從不同的途徑發(fā)生，形成了雙反應通道。 最后，本文開展了催化劑抗硫性能的探索研究。制備了含Zr的低溫SCR催化劑，并采用TG-DSC、XPS、DRIFT等表征手段，研究了催化劑表面S的存在形式以及對反應過程的影響，得出了SO2造成催化劑失活的反應機理。同時發(fā)