基于ZnO纳米阵列的新型脱硝剂的研制及其性能研究

• 作 者: 杨佳瑶
• 出 处: 沈阳航空航天大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 低温SCR 氧化锌纳米棒阵列 锰氧化物 反应机理 金属有机骨架

现阶段低温SCR技术是最具有研究价值和应用前景的烟气脱硝技术。许多研究者致力于开发在低温下具有高活性的SCR催化剂。本论文利用氧化锌（ZnO）纳米阵列优异的理化性质,将其作为催化剂载体进行如下研究:采用水热法在基底（堇青石、钛片）上原位生长直径可调的氧化锌纳米棒阵列。发现前驱液浓度、种子浓度、表面活性剂的添加量均在一定程度上影响氧化锌纳米棒阵列的长度、密度及直径。采用水热浸渍法在堇青石基底上制备了MnO_x-ZnO纳米复合结构SCR脱硝催化剂。当浸渍的Mn（NO₃）₂溶液浓度为0.06 mol/L时,样品在200oC、空速为10000 h^-1时NO_x转化率高达96.8%。与相同制备条件下的MnO_x-TiO₂催化剂对比发现,MnO_x-ZnO催化剂在100²50oC表现出更好的SCR活性。理化性质表明MnO_x与ZnO间的协同作用使催化剂具有更多的活性位点和更大的比表面积、更丰富的Mn⁴⁺含量和适当的O_α比例,较好的氧化还原能力。通过In situ DRIFTS进一步分析,MnO_x-ZnO催化剂的SCR反应过程是由吸附在酸位点上的活性氨物质与吸附的NO_x物质反应形成H₂O和N₂（L-H机理）。采用热溶剂法在钛片基底上制备了以ZnO纳米棒为核,沸石咪唑骨架为壳的新型复合催化剂（ZnO@ZIF-8）。研究表明溶剂组成和有机配体的量共同作用于ZnO@ZIF-8的生长。同时随着时间的增加,ZnO@ZIF-8壳层厚度逐渐增加最后趋于稳定,当反应32h后,壳层非常紧凑,厚度大于120 nm。该催化剂具有大的比表面积及孔体积,低温下具有较好的热稳定性,在250oC、空速为10000 h^-1时可以达到最佳脱硝效率43.3%,证明ZnO@ZIF-8催化剂可以表现一定的低温活性,更深入的研究及探索可以在此基础上开展。