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改性钒基脱硝催化剂的研究

刘鹤  
【摘要】:氮氧化物(NO_x)对人体健康和环境的影响不言而喻,世界各地也实施了更为严格的污染法规,脱硝的重要性与日俱增。氨气选择性催化还原是一种有效的脱除氮氧化物技术,已经广泛应用在实际工业废气NO_x的控制过程中。商业应用的主流催化剂V_2O_5-WO_3(Mo O_3)/Ti O_2已应用于NH_3-SCR脱硝工艺。但是,该催化剂存在一些缺点,如工作温度较高并且活性窗口窄(300℃-400℃),在高温时N_2选择性低。因此,提高催化剂的低温活性和拓宽温度窗口具有重要的现实意义。本实验论文基于以上原因,采用浸渍法制备了V_2O_5/Ti O_2,并通过其他元素的掺杂提高其低温活性。主要研究内容及其成果如下:(1)研究了Ce和Nb添加剂对V_2O_5/Ti O_2催化剂用于NH_3-SCR脱硝反应活性的影响。实验结果表明,单独Ce或Nb对V_2O_5/Ti O_2催化剂的活性提升作用并不明显。但Ce和Nb共掺杂对催化剂的低温活性有显著提升的作用。且比V_2O_5/Ti O_2催化剂具有更好的抗K_2O中毒能力。通过XRD、BET及XPS对催化剂进行了表征。结果表明,VCe Nb/Ti O_2催化剂上存在丰富的Ce~(3+)、V~(5+)、Nb~(5+)及表面化学吸附氧O_ɑ物种,这些物种对催化剂低温活性的提升起到了重要的作用。原位红外实验表明Ce和Nb的共存增强了表面酸性,有利于氨物种和NO_x物种的吸附和活化,促进了NH_3-SCR反应的进行。(2)采用浸渍法制备了VMn Pr/Ti O_2催化剂,经活性测试发现在150℃-350℃范围内活性和抗碱金属性更为优异。表征结果显示VMn Pr/Ti O_2催化剂中V~(4+)+Pr~(4+)→V~(5+)+Pr~(3+)及Pr~(4+)+Mn~(3+)→Mn~(4+)+Pr~(3+)氧化还原循环促进了电子转移,产生了更丰富的V~(5+)、Pr~(3+)、Mn~(4+)及表面化学吸附氧O_ɑ物种。这些物种在氨物种吸附及NO氧化成NO_2的过程中起重要作用,提升了催化剂的低温活性。原位红外的结果表明Mn和Pr的协同作用,增强了催化剂表面酸性,有利于氨物种的吸附和活化,同时抑制了不具备反应活性的硝酸盐物种的吸附,促进了NH_3-SCR反应的进行。


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