錫鐵負(fù)載型脫硝催化劑的制備及其NH3-SCR性能研究.pdf

1、氮氧化物(NOx)是一種嚴(yán)重的大氣污染物，它不僅會(huì)對(duì)環(huán)境、生態(tài)造成危害，甚至危及到人類身體健康。有效的控制 NOx的排放成為當(dāng)今世界一大環(huán)境戰(zhàn)略任務(wù)。選擇性催化還原(SCR)技術(shù)是目前脫硝技術(shù)主流，催化劑性能是其關(guān)鍵技術(shù)。負(fù)載型脫硝催化劑是目前主要研究方向之一，其中鐵基 SCR催化劑一直受到研究者的青睞。本研究致力于低溫SCR性能，選擇助催化劑(錫)和四種不同類型的載體制備了一系列新型的錫鐵負(fù)載型催化劑，并系統(tǒng)的對(duì)其脫硝性能，抗毒性和催

2、化機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　首先本文使用了Fe2O3作為催化劑的主活性組分，SnO2作為輔活性組分，凹凸棒土(ATP)、活性炭(AC)、二氧化硅(SiO2)和二氧化鈦(TiO2)作為催化劑載體，通過草酸鹽共沉淀法和水熱合成法制備了一系列低溫SCR催化劑(SnFe/M，M=ATP、AC、SiO2和TiO2)，并通過等體積浸漬法制備了堿(土)金屬老化催化劑。
　　接著運(yùn)用XRD、FT-IR、SEM、BET等手段對(duì)催化劑進(jìn)行表征。結(jié)果

3、表明：催化劑中活性組分分別以SnO2和γ-Fe2O3結(jié)構(gòu)存在；載體分別為棒狀A(yù)TP、大孔AC、介孔SiO2和銳鈦礦TiO2，并為催化劑提供了大的比表面積和大量Bronsted酸性位點(diǎn)。活性組分氧化物之間存在著相互作用，表現(xiàn)為電荷的相互影響。這種相互作用會(huì)促使氧化物向無定型轉(zhuǎn)變，活性組分提供了大量的Lewis酸性位。催化劑表面同時(shí)存在著Lewis酸性位點(diǎn)和Bronsted酸性位點(diǎn)皆有利于反應(yīng)氣體的吸附和催化反應(yīng)。
　　此外考察空速(

4、32,000-48,000 h-1)、反應(yīng)溫度(80~280℃)、活性組分含量、煙氣成分(SO2)以及飛灰成分(堿(土)金屬)對(duì)催化劑的SCR性能的影響。催化劑活性測(cè)試結(jié)果表明：催化劑的最佳反應(yīng)空速為38,000 h-1，最佳活性溫度窗口為160~240℃，最佳錫鐵摩爾比為1:2，錫鐵負(fù)載型催化劑有良好的SO2抗毒性，但堿金屬對(duì)其脫硝性能抑制作用不容忽視。測(cè)試催化劑中1/2SnFe/ATP的SCR脫硝性能最佳，200℃時(shí)實(shí)現(xiàn)最高轉(zhuǎn)化率9

5、6.4％；300ppm SO2存在的條件下，其催化NO的還原效率仍然達(dá)到84.4％。
　　最后本文通過密度泛函理論模擬計(jì)算了氣體分子在催化劑活性組分γ-Fe2O3表面的吸附過程，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了催化劑的SCR脫硝反應(yīng)符合E-R反應(yīng)機(jī)理。NH3在催化劑表面吸附，并脫去一個(gè)H生成NH2(a)；由于吸附過程中有電荷轉(zhuǎn)移到催化劑表面，生成的NH2(a)缺失電子，活性很強(qiáng)，極易與NO發(fā)生親核反應(yīng)形成H2N-NO(反應(yīng)中間體)，進(jìn)而分解生成水