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选择性催化还原(SCR)是应用最广泛的烟气脱硝技术。目前商用SCR使用钒钛催化剂,活性温度窗口(300-400℃)较高且窄,在燃煤电厂烟气脱硝时需布置在高温高尘区,长期运行存在磨损、堵塞等问题;由于活性温度窗口受限,也无法适应水泥炉窑、烧结烟气的脱硝需求。因此开发低温(<300℃)SCR技术是当前工业源烟气NOx排放控制的重大需求。然而,低温SCR催化剂难以克服SO2中毒问题,是低温SCR技术商业化面临的关键瓶颈。低温SCR催化剂载体一般为锐钛矿TiO2,本论文以实验为基础,研究了锐钛矿TiO2载体晶面特性对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性及抗硫性能的影响,主要的研究结果如下:
(1)采用水热法,通过不同的晶面导向剂合成了优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2(TiO2-NS)和优先暴露{101}晶面的锐钛矿TiO2(TiO2-NP),并通过浸渍法制备了Mn-Ce/TiO2-NS和Mn-Ce/TiO2-NP催化剂。结果表明,优先暴露TiO2{001}晶面能够在制备催化剂过程中具有较好的抑制颗粒团聚的能力,同时Mn-Ce/TiO2-NS催化剂上具有更多的活性氧、Ce3+和Mn4+浓度以及更强的酸性,从而促进SCR反应的进行,使Mn-Ce/TiO2-NS催化剂具有良好的脱硝性能。
(2)SO2对Mn-Ce/TiO2的毒害作用不可逆。(NH4)2SO4和NH4HSO4的形成以及MnOx和CeOx在催化剂表面的硫酸化是导致Mn-Ce/TiO2催化剂失活的两个原因,进一步研究发现,MnOx和CeOx的硫酸化是毒害作用的主要原因。
(3)优先暴露锐钛矿TiO2{001}晶面能够提高Mn-Ce/TiO2催化剂的抗硫性能。其原因在于锐钛矿TiO2{001}晶面的高暴露可以有效地抑制催化剂表面上的(NH4)2SO4和NH4HSO4的形成,且更具反应性的{001}晶面使载体TiO2-NS更容易在含SO2气氛中生成Ti(SO4)2,使MnOx和CeOx得到一定程度的保护,从而使Mn-Ce/TiO2-NS催化剂具备良好的SO2耐受性。
(1)采用水热法,通过不同的晶面导向剂合成了优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2(TiO2-NS)和优先暴露{101}晶面的锐钛矿TiO2(TiO2-NP),并通过浸渍法制备了Mn-Ce/TiO2-NS和Mn-Ce/TiO2-NP催化剂。结果表明,优先暴露TiO2{001}晶面能够在制备催化剂过程中具有较好的抑制颗粒团聚的能力,同时Mn-Ce/TiO2-NS催化剂上具有更多的活性氧、Ce3+和Mn4+浓度以及更强的酸性,从而促进SCR反应的进行,使Mn-Ce/TiO2-NS催化剂具有良好的脱硝性能。
(2)SO2对Mn-Ce/TiO2的毒害作用不可逆。(NH4)2SO4和NH4HSO4的形成以及MnOx和CeOx在催化剂表面的硫酸化是导致Mn-Ce/TiO2催化剂失活的两个原因,进一步研究发现,MnOx和CeOx的硫酸化是毒害作用的主要原因。
(3)优先暴露锐钛矿TiO2{001}晶面能够提高Mn-Ce/TiO2催化剂的抗硫性能。其原因在于锐钛矿TiO2{001}晶面的高暴露可以有效地抑制催化剂表面上的(NH4)2SO4和NH4HSO4的形成,且更具反应性的{001}晶面使载体TiO2-NS更容易在含SO2气氛中生成Ti(SO4)2,使MnOx和CeOx得到一定程度的保护,从而使Mn-Ce/TiO2-NS催化剂具备良好的SO2耐受性。