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《华南理工大学》 2011年
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NH_3在Mn/ZSM-5系催化剂上选择性催化还原氮氧化物及反应机理研究

周广英  
【摘要】:以NH_3为还原剂的选择性催化还原(SCR)技术是目前应用最为广泛的一种脱硝技术。然而在对催化剂的研究工作中,仍然未找到一种活性高、温度窗口宽、抗硫抗水及热稳定性好的环保型催化剂。对NH_3-SCR反应机理仍存在争论。本文以Mn/ZSM-5为基础,对NH_3-SCR进行了详细研究。 本文采用浸渍和离子交换两种方法制备了不同负载量的Mn/ZSM-5催化剂和Fe改性的Mn/ZSM-5催化剂。并对两种方法制备的系列催化剂进行了活性评价和结构表征,结合原位红外(DRIFT)技术,研究了表面反应过程并探讨了反应机理。 通过活性评价,发现浸渍法制备的Mn/ZSM-5催化剂在较高负载量时表现出优良的活性;Fe-Mn/ZSM-5催化剂活性表现更为突出,在200-450℃的宽温度范围内活性达到90%以上,而在220-350℃的温度范围NO的转化率接近100%。离子交换法制备的Mn-ZSM-5催化剂同样具有优良的活性;Fe-Mn-ZSM-5催化剂在220-500℃的宽温度范围内活性达到90%以上,而在250-400℃的温度范围NO的转化率接近100%。 无论是用离子交换法还是浸渍法制备的催化剂其活性组分在ZSM-5分子筛中均有良好分散性,而其比表面积与负载前相比,均有所降低。浸渍法制备的催化剂中,提高Mn含量或Fe/Mn比,均使Mn从单一Mn~(4+)存在形式转变为Mn~(4+)与Mn~(3+)共存;Fe在Fe-Mn/ZSM-5催化剂中当Fe/Mn比较高时以Fe~(3+)形式存在;Mn/ZSM-5催化剂中,氧以分子吸附的氧物种O_2~(2-)存在,在Fe-Mn/ZSM-5催化剂中,Fe/Mn比较低时只有分子吸附的氧物种O_2~(2-)存在,Fe/Mn比增加,O~(2-)与O_2~(2-)共存。离子交换法制备的Mn-ZSM-5催化剂中Mn以Mn~(4+)存在;氧以分子吸附的氧物种O_2~(2-)存在。在Fe-Mn-ZSM-5催化剂中,低Fe/Mn比时,Mn以Mn~(4+)的状态存在,而当Fe/Mn比增加时,Mn以多种价态存在,Fe的加入影响了Mn的价态分布; Fe以Fe~(3+)状态存在,氧物种为O~(2-)与O_2~(2-)共存。 DRIFT技术研究表明,浸渍法制备的Mn/ZSM-5催化剂上吸附物种中,主要以配位NH_3氧化形成NH2活性物种参与反应;在Fe-Mn/ZSM-5催化剂上,主要是Bronsted酸位上的NH4+与来自NO氧化的NO_2反应,形成中间活性物种NO_2 (NH_4~+)~2;在Fe-Mn/ZSM-5催化剂上的SCR反应比Mn/ZSM-5催化剂上的反应更快。而离子交换法制备的Mn-ZSM-5催化剂在预吸附NO+O_2后通入NH_3有大量NH4+生成,这使得在Mn-ZSM-5催化剂上与浸渍法制备的催化剂上相比,存在多种反应途径,同样在Fe-Mn-ZSM-5催化剂上,也存在多种反应途径,不同的是,Fe-Mn/ZSM-5催化剂中,由于Fe的引入形成Fe~(3+)加速了NO氧化为NO_2,进一步提高了反应活性。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X51

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【参考文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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1 王川;NTP协同条件下Mn/ZSM-5催化氧化NO研究[D];昆明理工大学;2013年
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