發(fā)布時(shí)間：2020-07-15 05:21

【摘要】：氨氣用途廣泛,常用于氨水、純堿、銨鹽和硝酸等的制造。此外,氨氣作為一種有效的脫硝還原劑而被廣泛應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)中。特別是近年來工業(yè)的迅速發(fā)展,人民生活水平的快速提高,和機(jī)動(dòng)車行業(yè)的迅猛發(fā)展,導(dǎo)致NH_3的生產(chǎn)利用率大幅度提高,一個(gè)更加嚴(yán)重的環(huán)境問題應(yīng)運(yùn)而生。NH_3泄漏量日益增多,排至大氣中的NH_3會(huì)嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人類健康。NH_3排放控制問題被提上日程,NH_3選擇性催化氧化技術(shù)作為一類高效、環(huán)保、有前景的NH_3處理技術(shù)被普遍應(yīng)用于工業(yè)及機(jī)動(dòng)車尾氣處理系統(tǒng)中。本文以氨選擇性催化氧化技術(shù)為核心研究點(diǎn),從催化劑的選擇入手,旨在制備出高催化性能的一系列催化劑,實(shí)現(xiàn)NH_3的有效去除。本論文采用溶膠-凝膠法制備了Cu O-Fe_2O_3、Ru O_2-Fe_2O_3和Ru O_2-WO_3-Fe_2O_3催化劑,獲得了高催化性能的催化材料,系統(tǒng)地考察了元素配比、反應(yīng)溫度和活性組分對(duì)催化劑在氨選擇性催化氧化方向催化活性的影響。同時(shí)通過BET、XRD、H_2-TPR、XPS、Raman、SEM和DRIFTS等一系列表征手段研究了催化劑的微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)與催化活性之間的關(guān)系,主要研究結(jié)果如下:(1)Cu O-Fe_2O_3復(fù)合氧化物催化劑中Cu/Fe摩爾比對(duì)催化劑的催化活性影響很大,活性結(jié)果表明,具有較高Cu/Fe摩爾比的催化劑導(dǎo)致更高的氨氧化催化活性,低Cu/Fe摩爾比的催化劑具有較高的N_2選擇性。其中,具有最佳Cu/Fe摩爾比(5:5)的Cu O-Fe_2O_3催化劑NH_3完全轉(zhuǎn)化的溫度低于250°C,N_2選擇性高于91%。H_2-TPR結(jié)果表明Fe_2O_3與CuO之間的協(xié)同效應(yīng)有效地提高了催化劑的催化活性。XRD指出Cu/Fe摩爾比對(duì)催化劑的晶體結(jié)構(gòu)影響很大,高Cu含量的催化劑更傾向于形成大顆粒的結(jié)晶CuO。此外,原位漫反射紅外光譜結(jié)果表明Cu O-Fe_2O_3催化劑遵循的氨氧化反應(yīng)機(jī)理是內(nèi)部(原位)選擇性催化還原(i-SCR)機(jī)理,即NH_3首先被吸附活化,之后與原子氧反應(yīng)形成亞硝�；�(-HNO)物種,-HNO再被氣態(tài)氧(O_2)氧化成NO物種。與此同時(shí),原位形成的NO與未反應(yīng)的NH_3快速反應(yīng)生成主產(chǎn)物N_2。(2)用WO_3改性Ru O_2-Fe_2O_3催化劑,研究不同含量WO_3對(duì)催化劑物理化學(xué)性質(zhì)以及氨氧化活性的影響。研究結(jié)果表明,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的WO_3在保持Ru O_2-Fe_2O_3催化劑催化活性不變的基礎(chǔ)上有效提高了催化劑的高溫N_2選擇性。并且在250°C實(shí)現(xiàn)100%的NH_3轉(zhuǎn)化率,400°C時(shí)N_2選擇性仍在94%以上。XRD、Raman和H_2-TPR表征深度分析了催化劑物理化學(xué)性質(zhì),結(jié)果表明WO_3改性有效抑制了Fe_2O_3晶粒的生長,降低Ru O_2-Fe_2O_3催化劑的還原性,這些都和WO_3與Fe_2O_3之間存在的強(qiáng)相互作用力有關(guān)。此外,原位漫反射紅外光譜結(jié)果表明WO_3的加入提高了催化劑的表面酸性,抑制高溫硝酸鹽物種的形成,從而減少NO_x的生成,這與其較高的N_2選擇性有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X701
【圖文】：

100NHNONO(%)3inout2out 100NH2NO(%)3in2out .1）為 NH3的轉(zhuǎn)化率，（2.2）為 N2選擇性，（2.3）和（2.O 的產(chǎn)率。其中[NH3]in和[NH3]out分別為反應(yīng)前后 NH3O2]out和[N2O]out分別為氣體出口各個(gè)副產(chǎn)物的濃度值。-SCO 活性評(píng)價(jià)裝置的 NH3-SCO 活性評(píng)價(jià)裝置主要由氣路系統(tǒng)、催化反應(yīng)系三部分組成，其反應(yīng)裝置示意圖如圖 3.2 所示。

CuO-Fe2O3催化劑在氨氧化中的催化活性順序?yàn)椋篊uO > CuO-Fe2O3（9:1）>CuO-Fe2O3（7:3）> CuO-Fe2O3（5:5）> CuO-Fe2O3（3:7）> CuO-Fe2O3（1:9）> Fe2O3。如圖 3.1（b）所示，CuO-Fe2O3催化劑在氨氧化中的 N2選擇性隨著銅含量的增加而降低。N2選擇性的順序?yàn)椋篊uO < CuO-Fe2O3（9:1）< CuO-Fe2O3（7:3）< CuO-Fe2O3（5:5）< CuO-Fe2O3（3:7）< CuO-Fe2O3（1:9）< Fe2O3�；谝陨辖Y(jié)果可以得出，CuO-Fe2O3（5:5）是較為理想的催化劑，既具有較為優(yōu)越的催化活性，又有較好的 N2選擇性。CuO 與 Fe2O3之間的協(xié)同效應(yīng)是 CuO-Fe2O3（5:5）催化劑具有良好催化性能的原因。此外，NH3-SCO 反應(yīng)過程中的副產(chǎn)物（NOx和 N2O）生成情況如圖 3.1（c）和圖 3.1（d）所示。NOx在 200 °C 開始產(chǎn)生，N2O 在較低溫度（175 °C）下就產(chǎn)生了，但是產(chǎn)率始終低于 11%。而 NOx產(chǎn)率隨著溫度的升高而增加，尤其是 CuO含量較高時(shí) NOx產(chǎn)率增加明顯，300 °C 時(shí)產(chǎn)率達(dá)到 30%左右。

圖 3.2 純的 Fe2O3，CuO 和不同 Cu/Fe 摩爾比的 CuO-Fe2O3催化劑的 N2吸附/脫附曲線（a）和孔徑分布曲線（b）Figure 3.2 (a) N2adsorption/desorption isotherms and (b) the corresponding pore size distributioncurves of pure Fe2O3, pure CuO and CuO-Fe2O3composite oxides with different Cu/Fe molarratios表 3.1 樣品的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)。Table 3.1 Pore structural parameters of as-prepared samplesSample Surface area(m2/g)Pore volume(cm3/ g)Pore diameter(nm)CuO crystallite size(nm)Fe2O336.3 0.23 19.2 -1:9 40.3 0.20 14.7 -3:7 30.9 0.18 16.9 -5:5 26.0 0.17 19.2 12.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2756044