【摘要】：我國煤資源非常豐富,能源結(jié)構(gòu)以煤為主,燃煤電廠等固定源是煤消耗的主要源頭。而煤的燃燒會產(chǎn)生大量氮氧化物和硫化物等污染物,如何嚴(yán)格控制和治理固定源尾氣污染成為當(dāng)前研究的熱點。其中硫化物的治理在我國已取得了較好的成效,但是氮氧化物的治理起步較晚,是當(dāng)前迫切需要解決的問題。目前,工業(yè)上固定源脫硝的主流技術(shù)是采用氨選擇性催化還原技術(shù),而V2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化劑是工業(yè)上普遍使用的固定源脫硝催化劑。但這種催化劑在使用過程中存在催化劑操作溫度窗口窄、催化劑高溫選擇性差、使用壽命短、活性組分釩物種有毒、使用過程中需要吹灰等一系列缺點。這就要求開發(fā)低溫脫硝催化劑或具有寬操作溫度窗口的非釩基環(huán)境友好的催化劑。在所有非貴金屬元素化合物中,錳基催化劑的低溫活性最好,是當(dāng)前低溫脫硝研究的熱點。銳鈦礦TiO2載體具有能與活性組分間形成強相互作用、較好的抗水抗硫性能、價廉易得等優(yōu)點,因而在工業(yè)上被廣泛使用。但當(dāng)將錳基催化劑與銳鈦礦TiO2組合在一起時,由于誘導(dǎo)效應(yīng)的存在,無論是浸漬法還是共沉淀法都會引起銳鈦礦向金紅石的轉(zhuǎn)晶,因而降低了催化劑的催化性能。本文通過加入陽離子表面活性劑CTAB,利用反向共沉淀法制備一系列鐵錳鈦復(fù)合氧化物催化劑,并對樣品進(jìn)行BET、TEM、XRD、H2-TPR、 XPS、NH3-TPD和in situDRIFTS等表征,探討了該催化劑在氨的選擇催化還原反應(yīng)中的作用機(jī)制,并進(jìn)一步考察了不同焙燒溫度和不同原料配比對催化劑催化性能的影響。具體研究內(nèi)容如下：1.以未添加陽離子表面活性劑CTAB制備的樣品為參照,系統(tǒng)分析了CTAB輔助制備催化劑對催化性能的影響。研究表明：在催化劑制備過程中,CTAB能與催化劑前體形成有機(jī)/無機(jī)復(fù)合物,從而能抑制活性相對銳鈦礦TiO2的誘導(dǎo),并形成更多的路易斯酸位。這有利于增強催化劑活性相與載體間的相互作用,提高其氧化還原性能,從而提高其在氨選擇性催化還原反應(yīng)中的活性。測試結(jié)果表明：當(dāng)焙燒溫度為500℃時,樣品具有較好的低溫活性,在100～350℃操作溫度范圍內(nèi)NO轉(zhuǎn)化率能達(dá)到100%,在操作溫度為200℃以下時,其選擇性可以達(dá)到80%以上,且具有良好的低溫抗水性能。2.系統(tǒng)研究了焙燒溫度對CTAB輔助制備的鐵錳鈦復(fù)合氧化物的影響,并以未添加陽離子表面活性劑CTAB制備的樣品為參照,進(jìn)一步研究催化劑的脫硝機(jī)制。研究表明：在本體系中,催化劑的比表面積不是催化劑性能的決定性因素。銳鈦礦TiO2晶相載體比無定形TiO2結(jié)構(gòu)更有利于催化劑活性的提高。載體與活性相間的相互作用增強了晶格氧的活潑性,從而有利于活化氨分子。CTAB的添加有利于孤立態(tài)活性鐵物種的形成,從而有利于其中溫選擇性的提高。不同的焙燒溫度不僅改變了載體的結(jié)構(gòu)和織構(gòu)性質(zhì),而且對催化劑中活性組分的表面濃度、分散狀態(tài)和價態(tài)有很大的影響,從而影響了催化劑在氨選擇性催化還原反應(yīng)中的性能。當(dāng)樣品焙燒溫度為400℃時,在150～350℃操作溫度范圍內(nèi)NO轉(zhuǎn)化率能達(dá)到100%,而在這一溫度區(qū)間其選擇性可以達(dá)到90%以上,極大的拓展了錳基催化劑在氨選擇性催化還原反應(yīng)中的操作溫度窗口,且在操作溫度為300℃實驗條件下,樣品顯示出了一定的抗水抗硫性能。3.系統(tǒng)研究了不同原料配比對催化劑催化性能的影響,研究結(jié)果表明：當(dāng)鐵錳鈦物種的摩爾配比為1：1：10時,其在NH3-SCR反應(yīng)中的低溫活性最好。而樣品在NH3-SCR反應(yīng)中的選擇性與鐵物種的含量有關(guān),其值越大,選擇性越高。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36;X773

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本文編號：2281885