复合载体及滤布负载锰铈系SCR催化材料的研究

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氮氧化物(NOx)作为大气的主要污染物之一,对人类和生态环境具有严重危害。水泥工业每年产生大量的NOx,选择性催化还原(SCR)技术是水泥窑脱除NOx最有效的技术。然而,目前适用于水泥窑炉的SCR催化材料多为以TiO2为载体,由于TiO2载体的成本较高,导致了该体系催化材料产品的价格昂贵,制约了锰钛体系SCR催化材料在水泥尾气脱硝领域的推广和应用。另外,水泥窑尾气中还含有大量的粉尘,粉尘和NOx的处理通常独立进行,而实现除尘—脱硝的一体化,将节省污染物脱除的综合成本和投资,对水泥行业的节能减排具有重要意义。  本文采用共沉淀—焙烧工艺制备MnOx-CeO2/TiO2-ZnO复合载体SCR催化材料,以ZnO替代载体中的部分TiO2,降低催化材料的成本。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、物理吸附仪、化学吸附仪(H2-TPR和NH3-TPD)和红外原位漫反射(In Situ-DRIFTS)对其进行了表征。研究发现MnOx-CeO2/TiO2催化材料的表面具有丰富的弱酸位、Lewis酸性位和Br(o)nsted酸性位,ZnO的引入使得NH3在催化剂表面Lewis酸性位上吸附性减弱,在Br(o)nsted酸性位上吸附性增强,同时增强了NO在催化材料表面的吸附性。ZnO的最佳掺入比例为50%,此时的MnOx-CeO2/TiO2-ZnO催化材料在210℃即可达到80%以上的脱硝率,300℃时的脱硝率接近95%。  采用液相沉积—浸渍工艺制备滤布负载MnOx-CeO2/TiO2催化材料,实现除尘—脱硝一体化进行。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、物理吸附仪对其进行了表征。研究发现组成滤布的纤维表面经负载MnOx-CeO2/TiO2后的直径明显增大,约为7~8μm,而且负载MnOx-CeO2/TiO2在纤维的表面连续均匀。在制备工艺中,当浸渍液中锰盐的浓度为0.3mol/L,铈盐的浓度为0.06mol/L,浸渍时间为6h时,滤布负载MnOx-CeO2/TiO2催化材料的脱硝性能最好,最高脱硝率为92.1%。  针对滤布负载MnOx-CeO2/TiO2催化材料特殊的二维形态,探究了滤布负载MnOx-CeO2/TiO2催化材料最佳的催化条件。研究发现当O2含量为4%,空速为4500h-1,氨氮比为1.2∶1时,滤布负载MnOx-CeO2/TiO2催化材料在180℃时的脱硝率可以达到93.1%,而且运行稳定性良好。随着反应温度升高,添加粉尘对滤布负载MnOx-CeO2/TiO2催化材料脱硝率的影响变小。
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