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《中国建筑材料科学研究总院》 2018年
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MnO_x/TiO_2催化剂的价态调控及低温催化活性研究

陈阁  
【摘要】:选择性催化还原(SCR)技术的原理是烟气在SCR催化剂的作用下,与NH_3等还原剂选择性地发生氧化还原反应,烟气中的NO_x被还原成N_2和水。它具有脱硝率高、选择性高、运行成本低等优势,是国际上普遍采用的NO_x减排技术,在我国火电行业也已普及。然而,非电力行业的工业炉窑(如水泥炉窑、钢铁冶金烧结炉、炼焦设备等)烟气温度较低,无法使用现有催化剂。因此,低温SCR催化剂的研发成为近年来的研究热点。在众多的低温SCR催化材料中,锰系催化剂因其良好的低温活性、选择性和经济性而受到广泛关注。锰系催化剂中的Mn以不同价态的锰氧化物形式存在,多价态共存的化合状态使得样品表面的氧原子更加活跃,这是MnO_x低温活性高的原因之一。然而,研究报道中很少涉及到关于锰系催化剂中MnO_x的价态及其含量的分析。同时,MnO_x价态以及其化合状态与低温SCR活性之间的关系尚有争议。针对这一问题本文以TiO_2粉末为载体,Mn为活性组分,研究MnO_x/TiO_2催化剂中MnO_x价态、价态与脱硝活性的关系以及开发新的低温高效的SCR催化剂。由于XPS在分析Mn的价态的过程中存在难以精确分峰的问题,为了深入研究催化剂中Mn离子价态的分布,本文采用化学滴定法来测定催化剂中Mn离子价态的分布,并通过XPS法和滴定基准物法验证了其精确性,分析了流变相法所制得的MnO_x/TiO_2催化剂中Mn离子的价态分布。通过改变前驱体溶液,改变前驱体溶液的pH值调整MnO_x/TiO_2催化剂的Mn价态,从而提高催化剂的脱硝活性。结果表明,以pH为碱性的自制锰盐(MX)为前驱体制备的MnO_x/TiO_2催化剂中Mn离子的价态为3.533.42(酸性)3.41(中性),同时脱硝活性最好。为了进一步分析单一价态MnO_x/TiO_2催化剂的性能,利用球磨法和不同价态锰氧化物制备了MnO_x/TiO_2催化剂。通过对比了球磨法、直接混合法、球磨MnO_2-混合法等不同工艺对产物性能的影响,得出球磨法制备出的单一价态MnO_x/TiO_2催化剂脱硝活性好,因此采用球磨法制备单一价态MnO_x/TiO_2催化剂。同时,结果表明最佳球磨时间为180min。通过XRD、TPR、TPD表征手段对比了MnO/TiO_2催化剂、MnO_2/TiO_2催化剂、Mn_2O_3/TiO_2催化剂、Mn_3O_4/TiO_2催化剂、MnO_2+Mn_2O_3/TiO_2催化剂,研究表明:MnO_2/TiO_2催化剂脱硝活性最好。Mn~(4+)的脱硝活性优于其他的Mn~(x+)。在前文研究的基础上,在MnO_2/TiO_2催化剂中掺杂Ce、Fe元素。通过调节Mn和Ce以及Mn和Fe的比例制备了CeO_2/TiO_2催化剂、CeO_2+MnO_2/TiO_2催化剂、CeO_2+2MnO_2/TiO_2催化剂和CeO_2+4MnO_2/TiO_2催化剂;以及Fe_2O_3/TiO_2催化剂、Fe_2O_3+MnO_2/TiO_2催化剂、Fe_2O_3+2MnO_2/TiO_2催化剂和Fe_2O_3+4MnO_2/TiO_2催化剂。结果表明CeO_2+2MnO_2/TiO_2催化剂的脱硝活性最佳,孔结构参数最好,表面酸性位点最多,还原性最好;Fe_2O_3+2MnO_2/TiO_2催化剂和Fe_2O_3+4MnO_2/TiO_2催化剂的脱硝活性最佳,孔结构参数最好,表面酸性位点最多,还原性最好。
【学位授予单位】:中国建筑材料科学研究总院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O643.36

【参考文献】
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