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燃煤产生的氮氧化物(NOx)是导致酸雨、光化学烟雾、臭氧层空洞等环境问题的主要原因,对人类健康和生态平衡带来巨大的威胁。面对日益严峻的减排形式,我国提出了严苛的减排要求与法规。以NH3为还原剂的选择性催化还原(Selective Cata l ytic Reduction with NH3,NH3-SCR)技术是目前应用最广泛的NOx控制技术,催化剂是该技术的核心。钒钛系脱硝催化剂凭借优越的脱硝性能、运行可靠、技术成熟而广泛应用,但因其成本高、氧化S02的能力较强、对环境造成二次污染等缺点,很大程度上限制了其长远发展。而后颁布的将钒钛系废烟气脱硝催化剂纳入危险废弃物进行管理的规定更是进一步制约了其未来的应用前景。因此,寻求可替代商用钒钛催化剂的高效廉价型非钒基催化剂势在必行。与钒钛系催化剂相比,铁基催化剂具有来源广泛,价格低廉,无二次污染及废弃催化剂易处理等优势,具备替代钒钛系催化剂的潜质与趋势。γ-Fe203作为催化剂具备良好的SCR脱硝潜能,备受国内外学者关注。然而,,γ-Fe203催化剂较窄的活性温度窗口、高温段强烈的副反应及较差的抗毒化性能使得其尚且不能达到工业化应用的标准,有待进一步的改性优化研究。本文从改性优化γ-Fe203催化剂的角度出发,通过寻求合适的助剂添加达到提高催化剂催化活性、拓宽催化剂温度窗口等目的。首先,采用实验研究与表征分析等方法研究Mg掺杂对γ-Fe203催化剂的影响规律,以及煅烧温度对催化剂活性与微观结构的影响规律,在此基础上提出并系统研究了两种方式下Ti改性优化对铁镁复合氧化物催化剂催化性能的规律与机制,通过对催化剂表面活性物种的分析,提出催化剂的反应机理与途径,最后探讨了前驱体对催化剂的影响特性。本文开展的主要工作如下:采用共沉淀微波热解法制备以Mg为助剂的改性γ-Fe203催化剂,并系统研究了 Mg掺杂比及煅烧温度对催化剂NH3-SCR催化脱硝特性的影响。表征分析发现Mg掺杂后催化剂中各元素强烈的相互作用可以使得其表现出比单一 γ-Fe203更好的催化活性,实验得到最佳Mg掺杂比为0.2。催化剂活性主分含量与比表面积、比孔容等微观性能共同决定催化剂的催化性能;Fe0.8Mg0.2Oz催化剂在保证活性主分y-Fe203含量的同时,其较大的比表面积(44.00m2/g)、比孔容(0.19 cm3/g),良好的颗粒形貌与孔间连通性是其较γ-Fe2O3表现出更优越的催化活性的主要原因。煅烧温度通过影响催化剂的活性主分及微观结构从而影响催化剂的催化性能,当煅烧温度过高或过低时会导致活性主分γ-Fe2O3中混杂α-Fe2O3,同时表面颗粒出现坍塌和团聚现象,均不利于SCR反应;研究得到铁镁催化剂适宜的煅烧温度为400 ℃。分别采用共沉淀微波热解法和浸渍共沉淀微波热解法制备Ti助剂掺杂铁镁催化剂、TiO2负载型铁镁催化剂,揭示以Ti作为助剂掺杂和TiO2作为负载两种途径对铁镁催化剂的优化改性规律,探究了 Ti改性对催化剂宏观活性与微观结构之间关系的影响。Ti助剂掺杂量为7.5%时,催化剂的比表面积比孔容分别增大至52.16 m2/g和0.24 cm3/g,表面颗粒的均匀分布及晶格氧的富集、元素间强协同作用均有利于反应的顺利进行;研究发现Ti的掺杂可以明显抑制350℃以上NH3分解与氧化的副反应,使得7.5%Ti-Fe08Mg0.2Oz催化剂活性温度窗口拓宽至225-400 ℃,表现出良好的抗毒化性能。采用TiO2作为负载时,TiO2负载量对活性主分γ-Fe2O3含量有较大影响。Fe0.8Mg0.2Oz/TiO2(b)催化剂中,合适的TiO2负载量在保证活性主分γ-Fe2O3含量的同时,可以细化催化剂晶粒直径,增大比表面积、比孔容,改善催化剂表面颗粒分布,从而对催化剂活性具有促进作用,其高温区间的催化活性及抗毒化性能同样得到显著的提升。深入探讨了 Ti改性铁镁复合氧化物催化剂的机制;通过对反应过程中催化剂表面活性物种的探究,揭示了催化剂的反应机理途径。Ti的引入能够改变催化剂电子云密度与电子间引力,使各元素间表现出强烈的协同作用,同时增强催化剂表面的氧化还原能力、提高催化剂的表面总酸量,从而起到对Fe0.8Mg0.2Oz催化剂的优化改性作用。研究发现催化剂表面的弱酸酸性位是提高催化剂高温区间内的催化活性至关重要的因素。催化剂反应路径同时遵循E-R及L-H机理。且E-R机理在反应路径中的占比更大。NH3的吸附发生在催化剂表面Lewis酸性位和Bronsted酸性位上,其中Lewis酸性位数量的增多是Ti改性铁镁复合氧化物催化剂具备良好催化活性及宽广的活性温度窗口的重要原因;以配位形式吸附在Lewis酸性位上的NH3是影响催化剂催化性能的最关键的活性物种。L-H机理中吸附态的NO中仅单齿硝酸盐参与反应,双齿硝酸盐、桥式硝酸盐-亚硝酸盐及硝基物种并不参与反应。通过选取不同的前驱体组合,初步研究了前驱体对具备最优催化活性的Ti改性铁镁催化剂NH3-SCR脱硝及理化特性的影响机制,筛选出了最优前驱体组合。共沉淀微波热解法制备不同前驱体的7.5%Ti-Fe0.8Mg0.2Oz催化剂并借助晶相组成分析、微观孔隙结构与表面形貌、表面元素及化合价态等表征手段,发现不同铁前驱体的选择明显影响催化剂主要活性成分、表面形貌与表面酸量及酸性位的分布。以 FeSO4·7H2O、Mg(NO)3·6H20 为前驱体的 7.5%Ti-Fe0.8Mg0.20z催化剂以γ-Fe203为活性主分,表面颗粒呈现均匀的球状分布,弱酸酸性位及强酸酸性位均可参与到反应中,因此表现出最优的催化活性,其在225 ℃脱硝效率即可超过90%,为最优前驱体组合。而采用Fe(N03)3·9H20为前驱体的催化剂以а-Fe203为活性主分,表面由层状、片状结构堆积而成且强酸酸性位不参与反应,是其区别于其他催化剂的显著特点,导致其催化活性较差。本文的研究对于开发高效、宽温度窗口的新型改性铁基复合氧化物催化剂具有重要的指导意义,对于控制我国NOx排放量及缓解我国严峻大气污染形式具有重要的参考价值。