论文部分内容阅读
在烟气脱硝工艺中选择性催化还原(SCR)技术属于关键技术。目前使用的V系列催化剂,所需反应温度较高,这就必须将SCR装置置于脱硫除尘之前以避免重复地加热烟气,这将大大增加脱硝成本。因此,开发低温(≤423K)SCR催化剂和工艺十分必要。Mn系催化剂具有价格低廉、脱硝活性高等特点,是一种适合运行在SCR技术中的催化剂。但是,Mn系催化剂低温段活性及温度范围窗口仍需进一步增强。同时,烟气中的SO2容易导致催化剂失活。因此,需要在Mn基催化剂的基础上研究一种低温段高活性且能够抗SO2毒化的低温SCR催化剂。本文以Mn基催化剂为基础,通过掺杂过渡金属元素或稀土金属元素,制备复合氧化物催化剂,测试其低温段SCR活性及抗SO2毒化性能并结合多种表征手段分析低温段活性提高或抗SO2毒化性能提高的作用机理。首先,通过向MnOx催化剂中掺杂Nd制备MnNdOx催化剂。活性结果表明MnNd Ox催化剂相比MnOx催化剂低温段活性明显增强,且温度窗口范围得以拓宽,抗SO2毒化效果明显。表征结果表明,Nd的掺杂能够提高催化剂表面的氧化还原能力并且生成新的活性位来吸附更多的NH3和NOx。此外,MnNdOx-0.1催化剂中Nd的存在对于吸附态的NH3物种和吸附态的NOx物种起到一个显著的活化作用,尤其是在低温段时。其次,通过向Mn/TiO2掺杂Sb制备MnSbTiOx催化剂。MnSbTiOx催化剂表现出一个更高的SCR活性,且抗SO2毒化效果明显。表征结果有更多的还原物种的形成和更多的Mn4+和表面吸附氧的生成,这能够明显地增强NO的氧化能力。与此同时,更多高活性的吸附态NH3和吸附态NO在MnSbTiOx催化剂表面形成。遵从这种效果,MnSbTiOx催化剂NH3-SCR反应的促进主要是通过L-H反应机理路径完成的。然后,在现有研究的基础上,向Mn/TiO2催化剂中掺杂Eu制备MnEu/TiO2催化剂研究其抗SO2毒化机理。表征结果显示,在SCR工况下,Eu的掺杂能够抑制硫酸盐物种的形成,且MnEu/TiO2催化剂的NH3-SCR反应在SO2存在的情况下能够通过L-H反应路径完成,这是MnEu/TiO2催化剂能够表现出一个优异的抗SO2毒化性能的原因。最后,Nb被用作Mn/TiO2的改性剂来提高其SCR表现。表征结果证明适当量Nb的存在能够增强Mn/TiO2催化剂的氧化还原能力和表面酸性,同时导致更多的Mn4+和化学吸附氧的生成。原位红外结果说明E-R机理是MnNb/TiO2催化剂NH3-SCR反应主要的反应路径。当SO2存在于模拟烟气中时,NH3-SCR反应主要是在吸附态NO2和气态NH3之间发生的,即通过E-R反应机理发生的。