基于柱撐粘土的低溫NH3-SCR脫硝催化劑研究.pdf

1、具有良好經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用前景的低溫氨選擇性催化還原(NH3 SelectiveCatalytic Reduction，NH3-SCR)脫硝技術(shù)已經(jīng)成為煙氣脫硝研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。為開發(fā)低溫下高效經(jīng)濟(jì)的催化劑，本文創(chuàng)新性地將錳(MnOx)基氧化物負(fù)載在柱撐粘土(Pilared Intelayered Clays)上，并用于低溫SCR脫硝。論文主要從MnOx/Ti-PILC的制備及活性、脫硝性能的改進(jìn)提高(從活性組分以及柱撐元素兩方面)開展研究；其

2、中對(duì)低溫SCR反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、催化劑抗SO2性及失活機(jī)理也進(jìn)行了探討。并通過(guò)N2吸附/脫附、XRD、FT-IR、TG、NH3-TPD、H2-TPR、XPS等多種表征手段探索催化劑表面物理性質(zhì)與活性之間的關(guān)系。論文主要獲得以下結(jié)論：
　　 1.通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，Ti-PILC載體的制備參數(shù)、MnOx負(fù)載量以及催化劑煅燒溫度等對(duì)MnOx/Ti-PILC的活性存在重要影響。通過(guò)優(yōu)化研究，在Ti/clay為15mmol/g、H/Ti為1.2、1

3、％的粘土懸浮液濃度、1:1(質(zhì)量比)的水和丙酮作為溶劑，在500℃以下熱處理后，可以得到適宜載體Ti-PILC。MnOx/Ti-PILC的最佳負(fù)載量為10%，300℃下煅燒后，催化劑展現(xiàn)出最高的脫硝效率。其脫硝活性和MnOx/Al2O3(γ-Al2O3)相當(dāng)，且優(yōu)于MnOx/TiO2(P25)，在65000h-1下仍保持較高的脫硝活性，180℃下，NO轉(zhuǎn)化效率接近100%。催化劑具有較好的抗H2O性，但抗SO2特性有待進(jìn)一步研究。

4、>　　 2.系統(tǒng)地研究了摻雜型Mn-MOx/Ti-PILC的低溫脫硝活性。摻雜元素M包括Bi、La、Fe、Sn、W、V、Ce，發(fā)現(xiàn)添加Ce、La對(duì)脫硝活性促進(jìn)明顯。Ce、La的添加存在一個(gè)最佳值。在最佳的Ce添加量下，Mn-CeOx/Ti-PILC氧化還原性質(zhì)最強(qiáng)，表面化學(xué)吸附氧濃度較高；在適量的La添加后，Mn-LaOx/Ti-PILC氧化還原能力也明顯增強(qiáng)，同時(shí)表面酸性改善，催化劑活性明顯提高。Ce、La的添加提高了MnOx/Ti

5、-PILC抗H2O和SO2的能力。
　　 比較研究了不同的鈦前驅(qū)物(方法)對(duì)Mn-CeOx/Ti-PILCs的性能影響，發(fā)現(xiàn)以TiOSO4為鈦源通過(guò)沉淀反膠溶法得到的Ti-PILC負(fù)載Mn-CeOx后，其活性優(yōu)于Ti(OC4H9)4溶膠法和TiCl4酸解法得到的Ti-PILCs負(fù)載型的催化劑。這可能源與其較高的表面酸性、獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)、其粘土層外的TiO2也是可能的有利因素。這些均與其較好的交聯(lián)柱撐效果有關(guān)。200℃下，此催化劑展

6、現(xiàn)出一定的抗低濃度SO2性能，在200ppmSO2作用下，則迅速失活。
　　 以Mn-CeOx/Ti-PILC催化劑為研究對(duì)象，通過(guò)N2吸附/脫附、XRD、FT-IR、TG、NH3-TPD、H2-TPR等表征手段，對(duì)比分析未中毒新鮮催化劑、SO2中毒催化劑以及熱處理后催化劑結(jié)構(gòu)性質(zhì)上的變化，探討催化劑SO2中毒機(jī)理。發(fā)現(xiàn)硫酸銨鹽的沉積是催化劑失活的重要原因。以E-R、L-H機(jī)理為基礎(chǔ)，建立動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)100℃和200℃下試驗(yàn)

7、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為該催化劑的低溫SCR反應(yīng)趨于L-H機(jī)理。
　　 3.研究不同柱撐元素對(duì)負(fù)載型MnOx基催化劑的低溫脫硝活性影響，發(fā)現(xiàn)：對(duì)于MnOx以及Mn-CeOx雙組份催化劑而言，Ti、Zr比Fe和Al作為氧化物柱時(shí)更有利。在此基礎(chǔ)上，研究了兩種共柱撐粘土負(fù)載型催化劑(MnOx/Zr-Ce-PILC和Mn-CeOx/Ti-Zr-PILC)的脫硝性能。研究表明Zr-Ce混合氧化物柱可以顯著提高催化劑的比表面積、豐富其孔結(jié)構(gòu)、改