催化脫除煙氣NO-,x-體系中過(guò)渡金屬催化劑改性研究.pdf

1、催化脫除煙氣中的氮氧化物(NOx)是環(huán)保領(lǐng)域的重要課題，它主要包括選擇催化還原(SCR)和催化分解NOx兩種方法．在選擇催化還原NOx中，除已商業(yè)應(yīng)用的NH3-SCR外，低碳烴(碳數(shù)≤3)是天然氣的主要成分，且不易造成二次污染，因此低碳烴選擇催化還原NOx受到了廣泛關(guān)注；NOx催化分解無(wú)需添加還原劑、工藝簡(jiǎn)單、安全性好，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因而在脫除NOx的諸多方法中被認(rèn)為是一種最理想的途徑．但已開(kāi)發(fā)的適用于這兩種反應(yīng)的催化劑均對(duì)反應(yīng)

2、條件(SO2，H2O和空速)比較敏感，從而制約了低碳烴催化還原NOx和NOx催化分解的實(shí)際應(yīng)用。因此，如何提高催化劑在這兩種反應(yīng)中的催化性能，已引起越來(lái)越多研究者的重視．本論文基于上述問(wèn)題，嘗試著通過(guò)添加助劑的方法對(duì)Ag/Al2O3、Co/H-beta和Fe/H-beta催化劑進(jìn)行改性．研究了CH4-SCR反應(yīng)中MgO的添加對(duì)Ag/Al2O3催化劑在低溫時(shí)(573～673K)抗硫性和抗水性的影響；考察C3H8-SCR反應(yīng)中高空速條件下(

3、10000-100000h-1)添加Zn對(duì)Co/H-beta催化活性的影響，Co和Zn在催化劑中的協(xié)同作用；研究了Fe-Mn/H-beta催化劑在富氧條件下NOx低溫催化分解的催化過(guò)程．本論文取得了以下一些研究成果： 1.CH4-SCR反應(yīng)中，Ag/MgAl2O4催化劑具有良好的抗水性和抗硫性，在15％水蒸氣和100ppmSO2同時(shí)存在的條件下，催化劑活性略有下降，NOx轉(zhuǎn)化率下降5％。MgO的添加有效抑制了NOx和SO2在A

4、g/MgAl2O4催化劑的氧化鋁位上的競(jìng)爭(zhēng)性吸附，使SO2的吸附主要發(fā)生在MgO位上，從而減輕了氧化鋁位的硫酸化。Ag/MgAl2O4上的銀主要以Ag單質(zhì)晶體的形式存在。Ag/MgAl2O4催化劑上的CH4-SCR反應(yīng)活化能為94.6kJ/mol，較其它一些催化劑上的CH4-SCR反應(yīng)活化能小。 2.C3H8-SCR反應(yīng)中，在富氧(4％)和高空速(20000h-1)條件下，2％Co-2％Zn/H-beta催化劑在723K時(shí)NO

5、x轉(zhuǎn)化率可達(dá)到95％。高空速范圍內(nèi)(10000h-1～100000h-1)，Co-Zn/H-beta催化劑具有較好的活性，當(dāng)空速100000h-1時(shí)，NOx轉(zhuǎn)化率為70％。當(dāng)SO2濃度較低時(shí)(100-200ppm)，催化劑受SO2影響較小，NOx轉(zhuǎn)化率僅下降5％；當(dāng)SO2濃度較高時(shí)(≥400ppm)，催化劑受SO2影響較大，NOx轉(zhuǎn)化率下降約30％。Co-Zn/H-beta催化劑中Zn的作用是抑制C3H8燃燒反應(yīng)，促進(jìn)C3H8還原NOx

6、反應(yīng)，Co的作用是促進(jìn)NO氧化反應(yīng)．少量Zn(≤2％)的添加，降低了CoAl2O4的形成幾率，從而造成更多的Co活性位，隨著Zn含量的提高(>2％)，表面上Zn富集會(huì)覆蓋催化劑活性位從而抑制催化劑的活性。 3.在NOx催化分解反應(yīng)中，F(xiàn)e-Mn/H-beta催化劑在富氧(4％)和低溫(573-673K)條件下具有較好的催化活性．催化劑中Fe和Mn的共存促進(jìn)了催化劑表面金屬活性位的分布，降低了金屬氧化物的結(jié)晶。在Fe/Mn=1的