本文關(guān)鍵詞：銅錳氧化物制備及其選擇催化氧化氨性能研究

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【摘要】：氨氣(NH3)是一種典型的有毒有害工業(yè)廢氣,對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重危害。因此,氨氣的污染控制與治理引起了人們的廣泛關(guān)注。選擇性催化氧化(SCO)是一種高效快捷、無(wú)二次污染的氨處理技術(shù),這項(xiàng)技術(shù)的核心是催化劑的構(gòu)建。過(guò)渡金屬氧化物因其價(jià)廉易得、轉(zhuǎn)化溫度較低,近年來(lái)廣受關(guān)注。其中,二氧化錳氧化物表現(xiàn)了較好的低溫活性,但其N2選擇性較低,而銅氧化物表現(xiàn)出了良好的N2選擇性。本論文結(jié)合Mn和Cu各自在氨選擇氧化反應(yīng)中的作用特點(diǎn),系統(tǒng)研究了銅錳氧化物的選擇催化氧化氨性能,考察了不同制備方法及Cu負(fù)載量對(duì)Cu-Mn催化劑活性及結(jié)構(gòu)的影響,初步探討了催化劑結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性、選擇性之間的關(guān)系。主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)以尿素作為輔助沉淀劑,水熱法制備MnO2催化劑,考察了尿素比例及煅燒溫度對(duì)催化劑性能的影響。研究結(jié)果顯示,以n(Urea)/n(Mn)=10:1的比例加入尿素,400℃下煅燒6h,MnO2催化劑表現(xiàn)出最佳的氨選擇催化氧化活性,170℃可實(shí)現(xiàn)氨氣完全轉(zhuǎn)化,N2選擇性僅為60%。為進(jìn)一步提高氨選擇催化氧化中氮?dú)獾纳闪?采用浸漬法、沉淀法和水熱法制備Cu-Mn氧化物催化劑。研究發(fā)現(xiàn),水熱法制備的Cu-Mn催化劑表現(xiàn)出最優(yōu)的反應(yīng)性能,170℃時(shí)實(shí)現(xiàn)氨的完全轉(zhuǎn)化,同時(shí),N2選擇性可提高到80%以上。(2)考察Cu負(fù)載量對(duì)反應(yīng)活性的影響。研究發(fā)現(xiàn),Cu負(fù)載量對(duì)銅錳氧化物催化劑的結(jié)構(gòu)和活性有很大的影響。當(dāng)Cu負(fù)載量為1 wt%時(shí),催化劑的活性及選擇性最好。在140℃前,催化劑的氨轉(zhuǎn)化率明顯高出MnO2氧化物17%,氨的完全轉(zhuǎn)化溫度為170℃,同時(shí)N2選擇性保持在80%以上。并且Cu-Mn氧化物表現(xiàn)出了較好的反應(yīng)穩(wěn)定性,持續(xù)活性測(cè)試25小時(shí)(T=170℃),其氨氧化轉(zhuǎn)化率一直保持在98%以上。結(jié)合表征結(jié)果發(fā)現(xiàn),少量Cu的加入可以提高催化劑的氧化還原性能。當(dāng)Cu負(fù)載量小于3 wt%時(shí),Cu物種高度分散在MnO2的表面,有助于催化劑的反應(yīng)活性；當(dāng)負(fù)載量增加到5 wt%時(shí),MnO2的XRD衍射峰變窄、變強(qiáng),MnO2晶粒尺寸變大,導(dǎo)致了NH3氧化活性降低。(3)通過(guò)催化劑上氨氣程序升溫脫附及表面反應(yīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Cu負(fù)載量為1 wt%時(shí),催化劑對(duì)NH3的吸附能力最強(qiáng),且隨著Cu負(fù)載量的增加,催化劑的脫附溫度升高,不利于氨氣的活化。NH3脫附的同時(shí),H2也被檢測(cè)到,說(shuō)明吸附態(tài)的NH3可以被活化為中間物種NHx。研究中還發(fā)現(xiàn),氨在選擇催化氧化過(guò)程中,除了生成N2外,還檢測(cè)到N2O的產(chǎn)生,這說(shuō)明N2選擇性的高低與N2O的生成有很大關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：氨 選擇性催化氧化 銅錳氧化物
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;X701
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 氨氣的性質(zhì)、來(lái)源及危害9-10
• 1.1.1 NH_3的性質(zhì)9
• 1.1.2 NH_3的來(lái)源9-10
• 1.1.3 NH_3的危害10
• 1.2 NH_3的處理技術(shù)10-12
• 1.2.1 生物法10-11
• 1.2.2 吸收法11
• 1.2.3 吸附法11
• 1.2.4 催化分解法11
• 1.2.5 選擇性催化氧化法11-12
• 1.3 選擇性氨催化氧化反應(yīng)機(jī)理12-13
• 1.3.1 NH機(jī)理12
• 1.3.2 NH_2-NH_2機(jī)理12
• 1.3.3 原位SCR機(jī)理12-13
• 1.4 氨選擇性催化氧化催化劑的研究13-16
• 1.4.1 貴金屬催化劑13
• 1.4.2 過(guò)渡金屬催化劑13-16
• 1.5 本論文的研究目的與內(nèi)容16-18
• 1.5.1 論文研究目的16
• 1.5.2 論文研究?jī)?nèi)容16-18
• 2 實(shí)驗(yàn)部分18-22
• 2.1 化學(xué)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器18-19
• 2.2 催化劑制備19
• 2.3 催化劑表征19-20
• 2.3.1 X-射線衍射測(cè)試(XRD)19
• 2.3.2 程序升溫還原(H_2-TPR)19
• 2.3.3 NH_3-程序升溫脫附(NH_3-TPD)19
• 2.3.4 O_2-程序升溫表面反應(yīng)(O_2-TPSR)19-20
• 2.4 催化劑活性評(píng)價(jià)20-22
• 3 水熱法合成的MnO_2氧化物對(duì)氨選擇催化氧化性能的研究22-27
• 3.1 引言22
• 3.2 催化劑的制備22
• 3.3 水熱法合成條件的優(yōu)化22-26
• 3.3.1 尿素的用量22-24
• 3.3.2 煅燒溫度的影響24-26
• 3.4 本章小結(jié)26-27
• 4 Cu-Mn氧化物上選擇性催化氧化氨性能的研究27-32
• 4.1 引言27
• 4.2 催化劑的制備27-30
• 4.2.1 MnO_2載體的制備27
• 4.2.2 Cu-Mn氧化物的制備27-28
• 4.2.3 催化劑選擇性催化氧化氨性能測(cè)試28-30
• 4.3 催化劑的結(jié)構(gòu)表征30
• 4.4 本章小結(jié)30-32
• 5 Cu負(fù)載量對(duì)Cu-Mn催化劑上氨氧化性能的影響32-43
• 5.1 引言32
• 5.2 催化劑的制備32
• 5.3 催化劑選擇性催化氧化氨性能及穩(wěn)定性測(cè)試32-35
• 5.3.1 催化劑選擇性催化氧化氨性能測(cè)試32-34
• 5.3.2 催化劑穩(wěn)定性測(cè)試34-35
• 5.4 催化劑的結(jié)構(gòu)表征35-37
• 5.4.1 XRD分析35-36
• 5.4.2 催化劑氧化還原性能的分析36-37
• 5.5 催化劑上氨氣程序升溫脫附及表面反應(yīng)實(shí)驗(yàn)37-41
• 5.5.1 不同催化劑上NH_3程序升溫脫附實(shí)驗(yàn)38-40
• 5.5.2 不同催化劑上NH_3程序升溫表面反應(yīng)40-41
• 5.6 本章小結(jié)41-43
• 結(jié)論43-44
• 參考文獻(xiàn)44-47
• 致謝47-48

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10 郭國(guó)瑞;袁們，

本文編號(hào)：1125168