论文部分内容阅读
选择性催化还原（SCR）技术是目前国内外用于固定源氮氧化物排放控制最有效的方法之一。催化剂作为SCR技术的核心，其性能直接影响SCR系统的脱硝效果。然而目前常用的商业催化剂V2O5-WO3（MoO3）/TiO2体系存在着活性温度窗口高（300-400°C）且易受SO2与水蒸气的影响而发生催化剂中毒等缺点。因此开发低温SCR活性高，且具有抗硫抗水性能的催化剂是解决SCR脱硝催化剂工业化应用的重要途径，研究催化剂SO2和水蒸气中毒机理显得意义重大。本文以经过氧等离子体预处理的多壁碳纳米管（MWCNTs）为载体，采用等体积浸渍法制备得到MnOx/MWCNTs催化剂，研究H2O和SO2对其低温SCR脱硝性能的影响。首先，考察了不同水蒸气量和不同反应温度下H2O对MnOx/MWCNTs催化剂NH3-SCR活性的影响。研究结果表明，低温下H2O对MnOx/MWCNTs催化剂活性有明显抑制作用。当温度高于270°C时，H2O对催化剂的抑制作用可以忽略。并且这种抑制作用是可逆的，当水蒸气从反应气氛中切除后，催化剂的活性能够完全恢复至通入水蒸气前的水平。N2吸附-脱附、XRD、暂态响应实验、Raman、FTIR等表征结果表明，催化剂H2O失活的原因主要归因于H2O与NH3在催化剂Lewis活性酸位上的竞争吸附。其次，探讨了不同SO2浓度和不同反应温度下SO2对MnOx/MWCNTs催化剂低温SCR活性的影响，并结合热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附-脱附、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、程序升温还原/脱附（TPR/TPD）以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）对催化剂进行表征，研究催化剂的SO2中毒机理。结果表明，低温下SO2对MnOx/MWCNTs催化剂活性有明显毒化作用。反应温度越高，SO2浓度越大，催化剂SCR活性下降越快。活性中心Mn原子硫酸化是催化剂失活的主要原因。另外，催化剂表面生成硫酸铵盐以及SO2对NO吸附的抑制作用也一定程度上造成了催化剂的失活。最后，通过原位透射傅立叶变换红外光谱实验对MnOx/MWCNTs催化剂表面反应中活性物种及中间产物进行探讨，研究SO2对催化剂表面反应气体的吸附和产物形成的影响，从分子微观层面探究催化剂的硫中毒机理。研究结果表明，SO2的存在导致MnOx/MWCNTs催化剂Lewis酸位上配位态NH3减少和Br nsted酸位上NH4+增多，催化剂表面的S元素在催化剂表面生成硫酸根，占据催化剂吸附-反应的活性位，导致NO的吸附态物种相应减少，难以生成有效基团参与SCR反应，从而使NOx去除率下降。进一步解释了催化剂SO2失活机理。