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船舶柴油发动机所排放的氮氧化物(NOx)是一种严重污染环境与危害人体健康的气体,NH3选择性催化还原技术(NH3-SCR)由于其高效性和经济性成为最有效的船舶尾气后处理技术之一。传统的V2O5-WO3(MoO3)/TiO2商业催化剂具有较好的中高温性能,但是这种催化剂的低温活性差并且易被尾气中的粉尘、碳烟等物质堵塞或覆盖导致活性降低甚至失活。本论文通过硬模板法成功制备出具有高质量三维有序大孔结构的复合金属氧化物(3DOM-MnFe1-δCoδOx和3DOM-Fe10-xVx)催化剂并将其应用于船舶尾气脱硝性能研究,利用XRD、N2-BET、XPS、H2-TPR、NH3-TPD、SEM、TEM、STEM-mapping、UV-vis、Raman 和In situ DRIFTS等表征手段探究了催化剂的物理化学性质与其反应性能之间的关系,同时本论文也考察了水蒸气、二氧化硫及碳烟对催化反应的影响,得到了以下结果:(1)3DOM-MnFe1-δCoδOx催化剂的制备及用于船舶尾气脱硝性能研究。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为硬模板,成功制备出Co掺杂3DOM-MnFeOx的三维有序大孔复合金属氧化物催化剂(3DOM-MnFe1-δCoδOxδ=0.2、0.4和0.6)并用于船舶尾气脱硝性能研究。研究发现,掺杂适量的Co后能明显提高催化剂的NH3-SCR性能,3DOM-MnFe0.6Co0.4Ox催化剂具有最佳的低温活性与最宽的活性温度窗口,在90-343℃时NOx的转化率高于80%。Co的引入能够促进Fe物种的还原,能明显提高催化剂表面Fe3+、Mn4+以及表面活泼氧物种的比例,同时还能增加表面酸中心的数量,这些因素提高了催化剂的催化性能。由于3DOM-MnFe1-δCoδOx催化剂具有独特的三维有序大孔结构,与用传统方法制备出的无三维有序大孔的Con-MnFeCoOx相比,它更有利于物质的传输与扩散,因此具有更好的抗碳烟性能,同时碳烟还能作为一种还原剂参与反应,从而促进催化反应的高温性能。3DOM-MnFe0.6Co0.4Ox与3DOM-MnFeOx相比,前者具有更佳的抗水性能,尤其是抗硫中毒性能有着明显的提升。Insitu DRIFTS结果表明,在200℃时催化反应同时遵循典型的L-H和E-R机理,3DOM-MnFe0.6Co0.4Ox催化剂的抗硫中毒性能提高的原因主要归因于Co的掺杂能够明显抑制硫酸盐在催化剂表面的形成。(2)3DOM-Fe10-xVx催化剂的制备及用于船舶尾气脱硝性能研究。为进一步提高催化剂的抗硫中毒性能,采用PMMA硬模板法成功制备出具有高质量三维有序大孔结构的3DOM-Fe10-xVx(x=0.5、1.0和1.5)复合金属氧化物催化剂并用于船舶尾气脱硝性能研究。研究发现,与未掺杂的3DOM-FeOx和3DOM-VOx相比,3DOM-Fe10-xVx催化剂具有更好的NH3-SCR活性,其中3DOM-Fe9.0V1.0的脱硝性能最佳,在220-412℃温度区间内NOx的转化率高于80%,催化剂催化活性提高的原因主要归因于V的引入能够增强催化剂表面的酸性以及提高表面活泼氧的比例,同时还归因于Fe和V之间积极的协同作用。3DOM-Fe9.0V1.0催化剂兼具优异的抗水性能以及抗硫中毒性能。与传统法制备的Con-Fe9.0V1.0催化剂相比,3DOM-Fe9.0V1.0催化剂具有更好的低温活性与更佳的抗碳烟性能,同时也发现碳烟能促进催化反应的高温性能。探究了不同温度下的反应机理,发现在150℃时反应只遵循L-H机理,在250℃时同时遵循L-H和E-R机理。