氮氧化物(NO_x)是當今大氣環(huán)境中的主要污染物之一,而氨法選擇性催化還原脫硝技術(shù)(NH3-SCR)是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。目前廣泛使用的商用催化劑(V2O5-WO3/TiO₂)因易發(fā)生堿／堿土金屬中毒,不適宜應(yīng)用于含有較高堿、堿土金屬的煙氣處理,如生物質(zhì)燃料煙氣、垃圾焚燒爐煙氣等。因此,本文開發(fā)了具有優(yōu)異脫硝活性、選擇性、堿金屬抗性及抗硫性的鈰釩鋯固體超強酸催化劑,為改善脫硝催化劑中毒問題做出了積極有益的探索。首先,本文研究了鈰鋯固體超強酸催化劑的制備工藝,考察了載體硫酸化處理對催化劑結(jié)構(gòu)及脫硝活性的影響。通過活性測試及表征分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),二氧化鋯載體硫酸化改性對鈰鋯催化劑的脫硝性能具有顯著的促進作用。硫酸化后的催化劑以單一的四方晶相結(jié)構(gòu)存在,具有更小的顆粒尺寸及更大的比表面積,且表面含有更豐富的Ce3+及表面酸性。通過優(yōu)化工藝制得的催化劑在370至530℃溫度范圍內(nèi)具有90%以上的脫硝效率,最高可達96%的效率。在鈰鋯固體超強酸催化劑的基礎(chǔ)上,本文考察了硫酸化對催化劑堿金屬抗性的影響,并優(yōu)化了催化劑制備的工藝參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)...

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 抗堿金屬催化劑的需求
    1.2 課題來源
    1.3 課題目標和研究內(nèi)容
2 文獻綜述
    2.1 SCR脫硝技術(shù)及脫硝催化劑概況
        2.1.1 SCR脫硝技術(shù)
        2.1.2 SCR脫硝催化劑
    2.2 SCR多相催化反應(yīng)機理
        2.2.1 NH₃吸附/活化
        2.2.2 NO吸附
        2.2.3 NH₃-SCR反應(yīng)路徑
    2.3 SCR脫硝催化劑的堿金屬中毒
        2.3.1 堿金屬中毒
        2.3.2 堿金屬中毒改善途徑
    2.4 固體超強酸的特性
        2.4.1 固體超強酸的定義及分類
        2.4.2 SO4
2-/M_xO_y型固體超強酸的制備
        2.4.3 SO4
2-/M_xO_y型固體超強酸的成酸機理
        2.4.4 SO4
2-/M_xO_y型固體超強酸的酸強度與表征
        2.4.5 SO4
2-/M_xO_y型固體超強酸的SCR催化性能
    2.5 本章小結(jié)
3 實驗材料、裝置與分析測試方法
    3.1 試劑與儀器
        3.1.1 原材料與試劑
        3.1.2 主要實驗儀器
    3.2 催化劑制備
        3.2.1 固體超強酸載體SO4
2--ZrO₂的制備
        3.2.2 活性物質(zhì)負載方法
        3.2.3 堿金屬的添加
    3.3 催化材料測試方法
        3.3.1 X射線衍射(XRD)
        3.3.2 比表面積測定
        3.3.3 熱重聯(lián)合差示掃描量熱分析(TG-DSC)
        3.3.4 X-射線光電子能譜(XPS)
        3.3.5 拉曼光譜(Raman)
        3.3.6 透射電子顯微鏡(TEM)
        3.3.7 超強酸Hammett函數(shù)測定
        3.3.8 程序升溫脫附(TPD)
        3.3.9 傅里葉變換紅外光譜(FTIR)
        3.3.10 傅立葉原位紅外光譜掃描
        3.3.11 密度泛函計算
    3.4 SCR催化劑性能測試
        3.4.1 實驗裝置
        3.4.2 氣相組分的測定
        3.4.3 催化劑的脫硝性能
4 鈰鋯固體超強酸催化劑的制備研究
    4.1 催化劑制備
    4.2 固體超強酸載體的物理化學性質(zhì)
        4.2.1 載體的晶型結(jié)構(gòu)分析
        4.2.2 載體的比表面積分析
        4.2.3 載體的熱穩(wěn)定性
        4.2.4 載體的表面酸性特性
    4.3 鈰鋯催化劑的SCR脫硝性能研究
    4.4 硫酸化對鈰鋯催化劑物理化學性質(zhì)的影響
        4.4.1 晶型結(jié)構(gòu)分析
        4.4.2 形貌分析
        4.4.3 拉曼光譜分析
        4.4.4 比表面積分析
        4.4.5 表面元素分析
        4.4.6 表面酸性分析
    4.5 鈰鋯固體超強酸催化劑的原位紅外反應(yīng)研究
        4.5.1 NH₃吸附的DRIFT研究
        4.5.2 NO+O₂吸附的DRIFT研究
        4.5.3 催化劑NH₃吸附物種與NO+O₂反應(yīng)的DRIFT研究
        4.5.4 催化劑NO+O₂吸附物種與NH₃反應(yīng)的DRIFT研究
    4.6 本章小結(jié)
5 鈰鋯固體超強酸催化劑的堿金屬抗性研究
    5.1 催化劑制備
    5.2 鈰鋯固體超強酸催化劑的堿金屬抗性
        5.2.1 硫酸化對鈰鋯催化劑堿金屬抗性的影響
        5.2.2 硫酸化濃度對鈰鋯催化劑堿金屬抗性的影響
        5.2.3 焙燒溫度對鈰鋯催化劑堿金屬抗性的影響
        5.2.4 與商用催化劑的對比
        5.2.5 長期實驗
    5.3 K對晶型結(jié)構(gòu)的影響
    5.4 K對比表面積的影響
    5.5 K對表面元素的影響
    5.6 K對表面酸性的影響
    5.7 原位紅外反應(yīng)研究
        5.7.1 NH₃吸附的DRIFT研究
        5.7.2 NO+O₂吸附的DRIFT研究
        5.7.3 催化劑NH₃吸附物種與NO+O₂反應(yīng)的DRIFT研究
        5.7.4 催化劑NO+O₂吸附物種與NH₃反應(yīng)的DRIFT研究
    5.8 本章小結(jié)
6 鉀對鈰鋯固體超強酸催化劑的促進機理研究
    6.1 鉀對鈰鋯固體超強酸催化劑活性的促進作用
    6.2 鉀對催化劑表面酸性的調(diào)控
        6.2.1 NH₃-TPD分析
        6.2.2 吡啶吸附紅外分析
    6.3 鉀對催化劑堿性及氧化性的調(diào)控
        6.3.1 NO-TPD分析
        6.3.2 K對催化劑NO氧化能力的影響
    6.4 鉀負載前后催化劑的原位紅外反應(yīng)研究
        6.4.1 NH₃吸附的DRIFT研究
        6.4.2 NO+O₂吸附的DRIFT研究
        6.4.3 催化劑NH₃吸附物種與NO+O₂反應(yīng)的DRIFT研究
        6.4.4 催化劑NO+O₂吸附物種與NH₃反應(yīng)的DRIFT研究
    6.5 鉀負載催化劑的密度泛函理論計算
    6.6 鉀對表面酸性的調(diào)控機理探討
    6.7 鉀對鈰鋯固體超強酸催化劑的促進機理探討
    6.8 本章小結(jié)
7 釩添加對鈰鋯固體超強酸催化劑抗硫性的影響
    7.1 催化劑的制備
    7.2 不同釩添加量對CeSZ催化劑脫硝性能的影響
        7.2.1 不同釩添加量對CeSZ催化劑脫硝活性的影響
        7.2.2 不同釩添加量對CeSZ催化劑抗硫性的影響
        7.2.3 不同釩添加量對CeSZ催化劑抗水抗硫性的影響
    7.3 不同釩添加量對CeSZ催化劑物理化學性質(zhì)的的影響
        7.3.1 晶型結(jié)構(gòu)分析
        7.3.2 比表面積分析
        7.3.3 拉曼光譜分析
        7.3.4 表面元素分析
        7.3.5 表面酸性分析
        7.3.6 原位SO₂+O₂吸附紅外分析
    7.4 本章小結(jié)
8 結(jié)論與展望
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 對未來工作的建議
參考文獻
論文創(chuàng)新點
作者簡歷



本文編號：3799426

boshi