本文關鍵詞：釩錳復合氧化物低溫脫硝催化劑的制備及反應機理

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【摘要】：氮氧化物(NO_x)是造成霧霾、酸雨和光化學煙霧等大氣污染的重要成分。NO_x的防治必將是“十三五”期間環(huán)境污染治理的重中之重。目前,以NH_3為還原劑選擇性催化還原NO_x(NH_3-SCR)技術是商業(yè)化最成熟的脫硝技術,而該技術的核心是催化劑。傳統(tǒng)的V2O5-WO3/TiO_2活性溫度窗口窄、操作溫度高的缺點使其無法適用于低溫環(huán)境下脫硝處理。因此,開發(fā)具有優(yōu)良低溫脫硝活性的催化劑并探究其反應機理,對脫硝行業(yè)的進步和發(fā)展具有重要意義。本文首先采用溶膠凝膠法合成一系列釩錳復合氧化物低溫脫硝催化劑。然后通過X射線粉末衍射(XRD)、N_2吸脫附分析、透射電鏡(TEM)、X射線吸收精細結構(XAFS)、氫氣程序升溫還原(H_2-TPR)和NH_3程序升溫脫附(NH_3-TPD)等表征技術對釩錳復合氧化物進行了表征。表征結果說明,釩錳復合氧化物由Mn2V2O7和Mn2O3兩相組成,但兩相間沒有新的配位結構形成;復合體系隨著釩含量的增加,氧化還原能力降低,但兩相在還原過程中存在相互作用;釩的添加并沒有明顯改變復合體系的酸性位含量。脫硝性能測試和動力學反應速率測試說明釩錳復合體系脫硝性能比純物質高。NO氧化和NH_3氧化實驗說明釩錳復合體系具有較強的氧化能力,且隨著釩添加量的增加而減弱,NH_3的過氧化是催化劑在NH_3-SCR反應過程中N_2選擇性較低的原因之一。通過NH_3吸附及升溫脫附原位紅外光譜,確定Mn2O3只有Lewis酸位而無Br?nsted酸位,低溫NH_3-SCR主要發(fā)生在催化劑在Lewis酸位上;預先吸附NO+O_2后通入NH_3和預先吸附NH_3后通入NO+O_2的原位紅外,確定釩錳復合體系在低溫下遵循Eley-Rideal反應機理。NH_3活化成NH_2是反應的控制步驟,而NH_2NO是反應的主要中間物種。根據(jù)表征和性能測試結果,提出了NH_2溢流反應機理。對于復合體系,Mn2O3可以將吸附的NH_3活化成NH_2,然后溢流到活化NH_3能力較弱的Mn2V2O7上,一方面降低NH_2過氧化的量,提高了整體的N_2選擇性,另一方面增強整體的NO_x轉化率。采用硬模板法合成出高比表面積的釩錳復合氧化物,并通過XRD譜圖和N_2吸脫附對催化劑進行了晶相結構和孔結構的表征,然后對其脫硝性能進行了測試。發(fā)現(xiàn)硬模板法明顯提高催化劑比的表面積,但是Mn2V2O7受NaOH影響而解離并在復合體系中產(chǎn)生Mn2O3,進而導致催化劑低溫NO_x轉化率升高,而N_2選擇性下降。
【關鍵詞】：NH_3-SCR 釩錳復合氧化物 原位紅外 NH_2溢流 硬模板法
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X701;O643.36
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 氮氧化物的來源及危害11-13
• 1.2.1 氮氧化物的種類和來源11-12
• 1.2.2 氮氧化物的危害12-13
• 1.3 氮氧化物的控制措施13-15
• 1.4 NH_3-SCR脫硝技術概述15-21
• 1.4.1 NH_3-SCR脫硝技術基本原理15-16
• 1.4.2 NH_3-SCR脫硝催化劑16-19
• 1.4.3 脫硝催化劑的制備方法及成型工藝19-21
• 1.5 低溫NH_3-SCR脫硝催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀21-22
• 1.6 研究目的和內容22-24
• 第二章 實驗原料及研究方法24-32
• 2.1 實驗原料和儀器24-25
• 2.1.1 實驗試劑24
• 2.1.2 實驗氣體24
• 2.1.3 實驗儀器24-25
• 2.2 催化劑的表征方法25-28
• 2.3 催化劑的性能測試28-30
• 2.3.1 催化劑的脫硝活性測試28-29
• 2.3.2 催化劑的反應速率測試29
• 2.3.3 催化劑的NO氧化性能測試29-30
• 2.3.4 催化劑的NH_3氧化性能測試30
• 2.4 機理驗證實驗方法30-32
• 第三章 釩錳復合氧化物催化劑制備及表征32-50
• 3.1 釩錳復合氧化物的制備32-34
• 3.2 釩錳復合氧化物的表征34-48
• 3.2.1 XRD表征結果及分析34-36
• 3.2.2 N_2吸脫附結果及分析36-38
• 3.2.3 TEM表征結果及分析38-41
• 3.2.4 H_2-TPR表征結果及分析41-44
• 3.2.5 NH_3-TPD表征結果及分析44-46
• 3.2.6 XAFS表征結果及分析46-48
• 3.3 本章小結48-50
• 第四章 釩錳復合氧化物低溫脫硝活性及反應機理50-76
• 4.1 催化劑的性能測試結果51-60
• 4.1.1 催化劑的NH_3-SCR性能及分析51-53
• 4.1.2 催化劑的本征反應速率53-57
• 4.1.3 催化劑的NO氧化結果及分析57-58
• 4.1.4 催化劑的NH_3氧化結果及分析58-60
• 4.2 原位紅外表征結果60-69
• 4.2.1 NH_3室溫吸附及升溫脫附60-64
• 4.2.2 預先吸附NO+O_2后通入NH_3反應64-65
• 4.2.3 預先吸附NH_3后通入NO+O_2反應65-67
• 4.2.4 NO+O_2+NH_3程序升溫表面反應67-69
• 4.3 催化劑反應機理69-75
• 4.3.1 NH_2物種溢流反應機理69-73
• 4.3.2 反應機理的驗證73-75
• 4.4 本章小結75-76
• 第五章 介孔釩錳復合氧化物的制備及脫硝活性76-84
• 5.1 硬模板法制備介孔釩錳復合氧化物76-78
• 5.1.1 硬模板法簡介76-77
• 5.1.2 催化劑的合成77-78
• 5.2 催化劑的表征78-81
• 5.2.1 XRD表征結果及分析78-79
• 5.2.2 N_2吸脫附測試結果及分析79-81
• 5.3 催化劑脫硝性能測試結果及分析81-83
• 5.4 本章小結83-84
• 第六章 結論與展望84-86
• 6.1 主要結論84-85
• 6.2 對后續(xù)工作的展望85-86
• 參考文獻86-94
• 致謝94-96
• 附錄96

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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本文編號：774083