Fe掺杂Mn-Ce多孔催化剂低温脱硝性能及甲苯的影响机制

采用硬模板法制备了Fe掺杂Mn-Ce多孔催化剂,评价了催化剂低温NH₃-SCR性能及甲苯对低温NH₃-SCR性能的影响;并通过XRD、BET、SEM、HRTEM、H₂-TPR、NH₃-TPD、XPS和原位红外等对催化剂理化性质进行了表征.结果表明Fe掺杂Mn-Ce多孔催化剂具有优异的低温NH₃-SCR性能.高浓度甲苯抑制低温NH₃-SCR性能是因为甲苯的不完全氧化消耗催化剂表面的吸附氧.同时甲苯及其不完全氧化产物(主要为苯甲酸盐)不断覆盖催化剂表面的活性位点,与NH₃/NO_x的吸附和活化形成竞争关系,从而阻碍E-R和L-H机理.Fe的掺杂使得催化剂表面晶格氧浓度上升,并提高了晶格氧的迁移能力.当NH₃-SCR反应中存在甲苯时,通过Mn⁴⁺+Ce³⁺?Mn³⁺+Ce⁴⁺、Fe²⁺+Ce...     

硅铝比对Cu/SSZ-13SCR活性位的影响

采用固态离子交换法制备了不同硅铝比（Si/Al=5,10,25）的Cu/SSZ-13分子筛催化剂,探究硅铝比对其NH₃选择性催化还原（NH₃-SCR）活性位的影响规律,并通过X射线衍射（XRD）,H₂程序升温还原（H₂-TPR）,NO_x程序升温脱附（NO_x-TPD）,NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）,原位红外实验（in situ DRIFTS）等手段进行物化性质表征.活性测试结果表明,当Cu负载量为4wt%时,不同硅铝比的Cu/SSZ-13具有显著差异的SCR活性;其中,Cu/SSZ-13（10）的SCR活性最佳,200~450℃温度范围内NO转化率均大于80%.XRD和H₂-TPR结果表明,硅铝比会影响Cu/SSZ-13的Cu物种的分布和氧化还原性.NO_x-TPD和NH₃-TPD结果表明,3种催化剂中Cu/SSZ-13（10）具有最多Cu²⁺离子,Cu²⁺离子可以为Cu/SSZ-13（10）提供更多的NO_x吸附位点和Lewis酸性位点,而Lewis酸性位是Cu/SSZ-13主要的低温SCR活性位点,因此有利于NH_3-SCR反应的进行.当硅铝比增加到25时,Cu/SSZ-13（25）的Lewis酸性位大量损失,导致其SCR活性明显下降.     

新型铈钨钛复合氧化物催化还原脱硝机理

利用水热共沉淀法制备了铈钨钛复合氧化物催化剂,考察了H₂O₂络合修饰对其催化脱硝转化频率（TOF）的影响;并借助傅里叶原位红外光谱仪研究了H₂O₂络合修饰后铈钨钛复合氧化物的催化脱硝机理.结果表明：H₂O₂络合修饰可增强铈钨钛复合氧化物表面Brønsted酸位强度,提高其表面NH₃低温吸附和中低温NH₃-SCR脱硝性能,400℃时其NO_x催化脱除频率TOF高达0.658s^-1;NH₃和NO_x在H₂O₂络合修饰后铈钨钛复合氧化物表面存在竞争吸附,其表面催化脱硝反应主要为吸附态NH₃、NH₂和NH₄⁺与气态NO+O₂的反应,其低温NH₃-SCR反应机理遵循Eley-Rideal（E-R）机理.     

Mn1-yNiyOx的制备及其催化燃烧甲苯性能的研究

通过水热共沉淀法制备了Mn_1-yNi_yO_x复合氧化物催化剂(y=0.1~0.5),考察掺杂Ni对Mn基氧化物在甲苯燃烧中的影响,在获得最优锰镍比例后,对其热稳定性与耐久性进行测试,然后通过XRD、N₂吸脱附、SEM、H₂-TPR以及XPS对其物理结构和氧化还原性能进行表征.结果表明,Mn和Ni在甲苯吸附和活化中产生相互作用,生成更多的Mn⁴⁺以及表面吸附氧,提供大量的反应活性位点,增强了催化氧化性能.Mn_0.8Ni_0.2O_x在甲苯催化燃烧中表现出的催化性能最好,其热稳定性与耐久性也表现优异,与MnO_x在甲苯催化燃烧中相比,其T₅₀、T₉₀分别下降12和11 ℃,在238℃即可将甲苯完全氧化,并且碳平衡值约为99%,无二次污染产生,该研究成果可为挥发性有机化合物(VOCs)催化燃烧提供更好的方式和材料.     

La1-xKxMnO3催化剂同时消除柴油机尾气中NO和碳烟性能

采用溶剂热法制备La_1-xK_xMnO₃(x=0, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25)钙钛矿型复合金属氧化物催化剂;通过XRD、FT-IR、SEM、H₂-TPR、XPS、NO-TPD等手段对催化剂的物相组成、表面形貌、氧化还原性能等进行了表征;在常压固定床微型反应装置中评价催化剂同时消除NO和碳烟催化性能.结果表明,制备的La_1-xK_xMnO₃催化剂均具有钙钛矿结构;K部分取代La-Mn钙钛矿结构中La后,颗粒结构得以改善,部分Mn³⁺价态升高为Mn⁴⁺,形成较多氧空位和Mn⁴⁺,提高氧化还原性能和吸附NO性能.活性评价结果表明,La_0.80K_0.20MnO₃催化剂表现出较好的同时消除NO和碳烟催化性能,NO最大转化率(Xmax NO)和对应反应温度(Tmax NO)分别为46.5%和436℃,碳烟起燃温度(T_ig)、CO₂浓度峰值温度(Tmax CO₂)和生成CO₂选择性(Smax CO₂)分别为341℃、454℃和98.8%.     

硫毒化NH3-SCR脱硝催化剂再生方式的构建及机制研究

以CeTi复合氧化物负载NH₄HSO₄(模拟SO₂毒化催化剂)为研究对象,并向其中掺杂Mo作为改性组分,研究了硫毒化催化剂的再生过程与机制.与热再生相比,冷等离子体在再生毒化后催化剂的过程中显现出独特的优势.通过对再生后催化剂的物理化学性质表征及优化再生气氛,确认了冷等离子再生催化剂的优点：不仅能够保持催化剂物相结构的稳定,还可促进催化剂表面NH₄HSO₄的低温分解和硫物种的脱附.虽然冷等离子体再生后的催化剂NH₃-SCR反应活性下降,但可通过纯O₂气氛中焙烧的方式,实现对催化剂物理化学性质的重构和催化活性的再生.通过此研究,初步建立了催化剂“毒化-再生-重构”的基本构效关系,为硫中毒NH₃-SCR脱硝催化剂的再生提供了可行性方案.     

DFT模拟VPO/TiO2催化剂表面NO和NH3吸附的研究

氮氧化物(NO_x)作为主要大气污染物之一，严重影响环境安全和人类健康。选择性催化还原法(NH₃-SCR)是目前脱除NO_x最有效的治理方法，尤其是低温SCR脱硝技术具有非常重要的应用前景和研究意义。研究表明VPO/TiO₂催化剂具有优异的低温SCR脱硝活性，本文通过DFT模拟NH₃和NO在V₂O₅和(VO)₂P₂O₇表面的吸附，对VPO催化剂的反应机理进行了微观层面上的研究。研究表明NH₃在V₄P₄O₂₂H₁₄团簇表面的Br?nsted酸和Lewis酸都发生稳定的化学吸附，在Br?nsted酸位点吸附更稳定，并且NH₃在催化剂表面吸附效果佳是因为N的2p轨道和O的2p、V的3d电子轨道能发生了杂化。NO在V₄P_...     

东海PM2.5和PM10中水溶性离子的组成与化学特性

2014年5~6月在东海海域采集PM_2.5和PM₁₀气溶胶样品,通过离子色谱法对样品中主要水溶性阳离子（Na⁺、K⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Ca²⁺）和阴离子（Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-、MSA）的浓度进行测定,并结合相关数理统计方法探讨了其主要来源.结果表明,PM_2.5和PM₁₀样品中主要水溶性离子的总浓度范围分别为7.9~23.7μg/m³和10.4~47.9μg/m³,平均值分别为（14.9±5.8）μg/m³和（21.3±10.7）μg/m³.二次离子（nss-SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺）浓度最高,分别占测定离子总浓度的80.8%和73.3%,其中SO₄^2-和NH₄⁺主要富集在细颗粒物（PM_2.5）中,NO₃^-主要富集在粗颗粒物（PM₁₀）中.富集因子及相关性分析表明K⁺主要来自陆源,Mg²⁺受海源和陆源双重输入影响.阴阳离子浓度平衡计算结果表明,细颗粒物样品呈弱碱性;粗颗粒物样品酸碱基本中和.两种样品中NH₄⁺的主要结合方式均为（NH₄）₂SO₄和NH₄NO₃.来源分析结果表明,PM_2.5和PM₁₀样品中生源硫化物对nss-SO₄^2-的贡献率分别为13.7%和8.7%.根据估算的干沉降通量结果,NH₄⁺对氮沉降的贡献程度小于NO₃^-.     

固定源氨选择性催化还原脱硝催化剂研究进展

固定源NH₃选择性催化还原(NH₃-SCR)脱硝技术是目前最有效的固定源氮氧化物排放控制技术.催化剂是NH₃-SCR脱硝技术的核心,其中,金属氧化物催化剂的应用最为广泛.国内外学者就固定源NH₃-SCR金属氧化物催化剂反应活性及其中毒机制进行了大量研究和探索.本文梳理了钒基、锰基、铈基、铁基以及铜基等固定源NH₃-SCR催化剂体系的研究进展,总结了对催化剂活性具有毒害作用的二氧化硫、碱金属和重金属的中毒机制及耐毒对策,并对目前存在的问题作出思考,进一步展望了未来固定源NH₃-SCR脱硝技术的发展趋势.     

VPO/TiO2催化剂表面酸性位调控及低温NH3-SCR脱硝性能研究

采用HCl调控负载型钒磷氧(VPO/TiO₂)催化剂的表面酸性,用于研究VPO/TiO₂催化剂的NH₃-SCR脱硝性能.结果表明:在HCl/V物质的量比为3～5:1范围内,催化剂的脱硝活性最高,当反应温度达到200℃时脱硝效率接近100%.表征结果表明:HCl的添加能提高催化剂的结晶度,HCl的调控使得VPO/TiO₂催化剂的比表面积略有增加.同时,也使得VPO/TiO₂催化剂中活性组分V⁴⁺的量从38%逐渐升高至46%,提高了催化剂的氧化还原性能.此外,不同HCl/V物质的量比的催化剂中化学吸附氧的相对含量随着HCl加入量的增加而提高.吡啶红外测试结果显示:HCl能影响催化剂酸性位点,HCl/V物质的量比=5的催化剂Lewis酸含量最高,总酸量为0.84×10^-4mol/g.数据拟合进一步表明,所有VPO/TiO₂催化剂的低温脱硝活性均与弱Lewis酸量呈正相关(相关系数>0.9),与活性测试相吻合.     

水泥炉窑中低温催化脱硝技术中试性能

利用中低温SCR脱硝技术路线对水泥窑炉进行深度脱硝,设计建设了烟气处理量为10000m³/h的SCR中试实验装置,考察了在SNCR装置后烟气中未能反应的NH₃进一步在SCR（selective catalytic reduction）装置的脱硝效果,并分析了不同入口NO_x浓度对脱硝率的影响.结果表明,所研究的水泥厂仅采用SNCR（selective non-catalytic reduction）和低氮燃烧技术,能够将烟气中的NO_x控制在100~135mg/Nm³,在不喷氨的状态下SCR系统的脱硝效率可达到50%以上,说明SNCR反应存在着一定懂得氨逃逸;在SCR系统补充喷射氨气后,SCR脱硝效率有显著的提升,可提到至80%以上.通过低氮燃烧、SNCR与SCR等脱硝技术的联合使用,可将水泥炉窑烟气中NO_x的排放浓度控制在50mg/Nm³以内,满足超低排放要求;将经过较长时间稳定运行后催化剂从系统中取出,进行成分、孔径分布和脱硝活性对比,结果表明催化剂内部微孔会被部分堵塞,导致比表面积降低,但经吹扫处理催化剂的脱硝效率可恢复,说明催化剂在水泥窑炉烟气条件下长期运行未出现中毒现象.     

稻壳基活性炭催化剂的低温NH3-SCR抗硫性能

以稻壳基活性炭（DAC）为载体,利用等体积浸渍法制备了DAC负载Mn、Ce氧化物的Mn-Ce/DAC脱硝催化剂,并用于氨法SCR反应.采用N₂吸附、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和程序升温吸附脱附（TPR/TPD）等手段对催化剂的物理化学性能进行了表征.结果发现与商业木屑基活性炭负载Mn、Ce氧化物催化剂（Mn-Ce/MAC）相比,Mn-Ce/DAC具有更高的Ce³⁺/Ce⁴⁺比率、表面化学吸附氧含量以及表面Brønsted酸性位点,这与其优良的低温SCR活性及抗硫抗水性能直接相关.原位红外光谱结果显示在含硫气氛中Mn-Ce/DAC表面的硫酸盐含量明显低于Mn-Ce/MAC,表明前者具有优良抗硫性能.     

铈钛掺杂促进铁氧化物低温SCR脱硝性能的机理

利用X射线晶格衍射（XRD）、N₂吸附和X射线光电子能谱仪（XPS）等对铈和钛掺杂后的铁氧化物晶相、孔隙结构及表面活性组分的分散度等物性进行表征分析,得到了铈和钛掺杂对铁氧化物低温NH₃-SCR脱硝性能的促进机理.结果表明：铈和钛掺杂会抑制铁氧化物中Fe₂O₃的结晶,细化其孔径,增大其比表面积和比孔容;铈掺杂会促使铁氧化物表面形成Ce⁴⁺/Ce³⁺氧化还原电子对;进一步掺杂钛会提高铁铈复合氧化物形成更多吸附氧,增强其表面低温催化氧化NO为NO₂的性能;且铈和钛掺杂增强了铁氧化物表面的吸附性能,尤其提高了对NH₃的低温吸附,从而促进了铁基氧化物催化剂的低温NH₃-SCR脱硝性能.     

O3-NH3协同活性焦脱硫脱硝的均相预反应特性研究

为进一步提高活性焦脱硫脱硝性能,提出臭氧（O₃）预氧化协同喷氨（NH₃）的工艺优化思路.通过在固定床上开展相关均相反应实验,研究外部引入的O₃、NH₃对NO_x、SO₂的反应特性.结果表明,O₃对NO的氧化反应为逐级过程,随着O₃/NO物质的量比增大,O₃将NO依次氧化为NO₂和N₂O₅.O₃对SO₂的均相氧化作用十分有限,O₃/SO₂=1时SO₂氧化率低于5.0%.在O₃预氧化条件下喷入NH₃后,O₃/NH₃=1时约有6.7%的O₃消耗量;当O₃/NO=1时,预氧化产物NO₂含量显著下降,同时NO排放浓度小幅上升;当O₃/NO=1.5时,NO_x排放水平与未喷入NH₃条件时相当.在O₃和NH₃协同作用下,SO₂的氧化率显著提高,推测此时脱硫反应产物为更加稳定的NH₄HSO₄或（NH₄）₂SO₄.O₃-NH₃协同脱硫脱硝反应中,O₃/NO不超过1时,NH₃-NO₂和NH₃-SO₂反应同时发生,提高NH₃引入量能够同时提高脱硫率和脱硝率.O₃/NO > 1时,NH₃-N₂O₅反应优先级最高,N₂O₅对NH₃的消耗抑制了NH₃-SO₂脱硫反应发生.仅运用O₃预氧化和NH₃协同作用方式的脱硫脱硝效率较为有限,但对烧结烟气中氮、硫污染物的形态的改变产生重要影响.     

CuO-WO3/TiO2催化剂制备方法对NH3-SCR脱硝性能的影响

分别采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备xCuO-yWO₃/TiO₂催化剂(x,y分别代表样品中ω(CuO)和ω(WO₃)),并在微型固定床反应器中对制备的xCuO-yWO₃/TiO₂催化剂进行选择性催化还原脱硝(NH₃-SCR)性能评价。结果表明:采用溶胶-凝胶法制备的2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂具有较好的脱硝性能,在250~350 ℃,NO_x转化率达到90%以上,相较于浸渍法制备的2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂活性明显提高。并采用BET、XRD、H₂-TPR、NH₃-TPD和XPS等表征手段对制备的催化剂进一步表征分析,结果表明:通过溶胶-凝胶法制备2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂的比表面积和表面化学吸附氧明显提高,且还原能力和酸性增强,对NH₃的吸附能力亦有所提高,因此溶胶-凝胶法制备的2CuO-6WO₃/TiO₂催化剂表现出较好的NH₃-SCR脱硝性能。     

柴油机选择性催化还原捕集技术(SDPF)的研究现状与发展趋势

日益严格的柴油机排放法规使得其主要排放污染物氮氧化物（NO_x）和颗粒物（PM）限值进一步降低.目前去除NO_x的主要机外手段是选择性催化还原（SCR）技术,该技术通常在200℃以上才有良好的NO_x转化率,而在柴油机冷起动阶段,SCR入口的排气温度无法达到200℃,NO_x排放控制困难.尽管冷起动时间较短,但该阶段的NO_x排放量占比很高.在严格的排放法规要求下,冷起动阶段的NO_x排放控制日益受到关注.选择性催化还原捕集技术（SDPF）将SCR催化剂涂覆在壁流式颗粒捕集器（DPF）载体上,能够同时去除NO_x和PM.与SCR技术相比,SDPF更加靠近柴油机排气门,NO_x催化还原反应的温度得到有效提高.因此,SDPF成为了提高低温NO_x转化率的关键技术.本文从SDPF结构与原理、载体与催化剂、性能及影响因素、SDPF技术路线等四个方面展开综述.SDPF结构与原理方面,介绍了SDPF的基本结构和化学反应原理,并指出了该技术面临的主要挑战;SDPF载体与催化剂方面,阐述了常见的载体材料、SCR催化剂涂覆、载体结构参数设计和提高载体性能的膜技术,以及钒基、沸石基SCR催化剂的研究进展;SDPF性能及影响因素方面,对SDPF的碳烟氧化性能、NO_x还原性能、尿素混合性能和耐久性能进行了分析,需要重点优化碳烟氧化与NO_x还原之间的竞争性反应;SDPF技术路线方面,介绍了带有SDPF的后处理系统优化,尿素双喷技术、低温NO_x吸附、热管理等技术耦合SDPF能够进一步拓宽后处理系统的温度窗口,是满足未来超低排放法规的后处理技术发展趋势.