CeOx对低温选择性催化还原脱硝催化剂FeOx-MnOx/TiO2的改性研究

制备了不同CeO_x负载量的(CeO_x)_n-(FeO_x)_(0.1)-(MnO_x)_(0.4)/TiO_2催化剂(n、0.1、0.4分别为CeO_x、FeO_x、MnO_x与载体TiO_2的摩尔比),用于低温选择性催化还原(SCR)脱硝,并对其进行结构和性能的表征。结果表明,适量负载CeO_x能够显著提高催化剂的低温SCR脱硝催化活性。当n=0.07时,催化剂在160～180℃时的催化活性最高,脱硝效率可以达到99%以上。同时,水蒸气、SO_2体积分数分别小于等于10%、0.02%时,该催化剂有较好的抗水性和抗硫性。表征结果显示,(CeO_x)_(0.07)-(FeO_x)_(0.1)-(MnO_x)_(0.4)/TiO_2催化剂锐钛矿TiO_2的相对结晶度低,耗氢还原峰温度低,并且面积大,表面Lewis酸位上的NH_3稳定。因此,(CeO_x)_(0.07)-(FeO_x)_(0.1)-(MnO_x)_(0.4)/TiO_2催化剂具有良好的低温SCR脱硝活性,并且稳定。     

不同晶型MnOx催化还原NO活性研究

为研究低温烟气脱硝的高效选择性催化还原(SCR)催化剂的催化活性,采用湿式浸渍法制备了以γ-Al_2O_3为载体、以MnO_x为活性组分的系列MnO_x/γ-Al_2O_3催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET多分子层吸附模型等测试方法对催化剂进行表征,分析Mn负载量对MnO_x晶型、形貌及催化剂比表面积的影响,并进行催化还原NO实验,通过脱硝效率反映不同MnO_x晶型时催化剂的脱硝特性。结果表明,Mn负载量对MnO_x的晶型和形貌产生明显影响。Mn负载量低于0.4mmol/g时,无法形成明显晶核;Mn负载量为0.8mmol/g时,形成球状_β-MnO_2;Mn负载量为1.2mmol/g时,形成棒状α-MnO_2。球状_β-MnO_2提高了MnO_x/γ-Al_2O_3比表面积,含球状_β-MnO_2的MnO_x/γ-Al_2O_3催化剂具有最优的催化还原NO活性,175℃条件下达到84%左右的脱硝效率。H_2O(气态,下同)和SO~3 _2的存在对催化剂脱硝性能产生影响,分别持续通入600mg/mSO_2、6.000%(体积分数)H_2O 480min,脱硝效率分别下降约14百分点和10百分点。     

电厂低负荷下V-W/TiO_2基NH_3-SCR催化剂的低温改性

在不改变工业催化剂制备工艺的基础上,通过改性提高工业V-W/TiO_2催化剂的低温活性。实验采用浸渍法,通过添加磷酸以及氧化铈来改性工业V-W/TiO_2催化剂,探讨了新型低温SCR催化剂的脱硝活性。并通过比表面积测试(BET),X射线衍射实验(XRD),吡啶红外实验,程序升温还原(H_2-TPR)等技术对催化剂理化性能进行表征。研究结果表明,1%磷酸添加量使催化剂表面的B酸以及弱酸含量大量增加,使催化剂向低温端降低了30℃;同时,在添加1%磷酸的基础上,添加不同含量氧化铈,提高催化剂的氧化还原性,发现添加8%氧化铈,使催化剂氧化还原性能显著增强,转化温度向低温再次降低了40℃。通过添加磷酸和氧化铈,使V-W/TiO_2催化剂80%转化温度从280℃降至220℃,同时具备了高抗硫抗水性。     

SO_2对Zr掺杂Mn-Ce/GR催化剂低温脱硝性能的影响

通过水热法分别制备掺杂Zr、Sb、Sn和Si的Mn-Ce/石墨烯(Mn-Ce/GR)催化剂,考察了其在低温氨气选择性催化还原(NH_3-SCR)过程中对NO_x的去除效率和抗SO_2中毒性能。结果显示,掺杂Zr后,催化剂具有良好的低温脱硝活性,在120℃时,其NO_x转化率和N_2选择性分别达到97.26%和98.97%,且当进气中SO_2的体积分数为200×10~(-6)时,其抗硫性明显优于掺杂其他3种元素的催化剂,原因是硫酸盐在掺杂Zr催化剂表面的沉积速率有所减缓。通过Raman、XRD、HRTEM、SEM、BET、XPS、FT-IR、H_2-TPR以及NH_3-TPD等表征手段对掺杂Zr的Mn-Ce/GR新鲜催化剂和失活样品进行表征分析。发现,SO_2对掺杂Zr催化剂的毒化作用主要有4个方面:Oα大量减少,还原能力减弱;活性组分CeO_2含量减少,储氧能力减弱;催化剂表面Zr含量减少,酸性位点减少;硫酸盐和硝酸盐在催化剂表面大量沉积,减少了催化剂的比表面积。     

溶胶-凝胶法制备高比表面积CeO_2-TiO_2催化剂及其在模拟烟气中脱除Hg~0的性能

以CeO_2作为活性组分、TiO_2作为载体,并以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,采用溶胶-凝胶法制备出高比表面积CeO_2-TiO_2催化剂,通过XRD、BET、SEM和TEM对CeO_2-TiO_2催化剂进行表征,并研究了其在模拟燃煤烟气中Hg~0的氧化性能。结果表明:当反应温度为250℃时,通入4%O_2、0.001%HCl、0.03%NO以及0.04%SO_2后,CeO_2(0.4)-TiO_2催化剂的Hg~0氧化率最高为85%;烟气中的O_2、HCl和NO均能促进CeO_2(0.4)-TiO_2催化剂对Hg~0的氧化,当反应温度250℃时,通入4%O_2和0.001%~0.003%HCl,Hg~0氧化率稳定在98%左右,而通入4%O_2和0.03%NO后,Hg~0氧化率也能达到53%;在抗硫实验中,当仅通入0.04%SO_2,Hg~0氧化率仅有5%。当0.04%SO_2中添加4%O_2时,CeO_2(0.4)-TiO_2催化剂的Hg~0氧化率提高至62%。     

SiO_2掺杂对V_2O_5-WO_3/TiO_2脱硝催化性能的影响

采用溶胶凝胶法制备TiO_2-SiO_2载体,浸渍法制备出V_2O_5-WO_3/TiO_2-SiO_2催化剂,利用BET、FESEM、XRD、TGA和激光拉曼对催化剂进行表征,研究催化剂的理化性质。以NH_3为还原剂,考察反应温度、SiO_2掺杂量、焙烧温度、空速和使用时间对SCR催化还原NO的性能影响。结果表明,V_2O_5-WO_3/TiO_2-SiO_2催化剂最佳反应温度在250~350℃。SiO_2掺杂能提高活性组分V_2O_5和WO_3在载体表面的分散性,制备出的催化剂具有更大的比表面积和更宽的温度区间,提高脱硝活性及稳定性。SiO_2掺杂量对催化剂性能影响较大,制备的催化剂中,TiO_2/SiO_2=2显示了最大催化活性,脱硝率均在60%以上,TiO_2/SiO_2=0.5制备的催化剂稳定性最差。焙烧温度对催化剂性能也有影响,焙烧温度在500和600℃时,最低脱硝率为58%和23%,最佳焙烧温度为400℃,脱硝率均在80%以上,具有优越的脱硝性能。实验结果还表明,空速对V_2O_5-WO_3/TiO_2-SiO_2催化剂的影响不大,在20 000 h~(-1)空速下催化剂的使用时间对脱硝率的影响也不大,48 h内能保持在99%左右,非常稳定。     

锰掺杂SnO2复合材料对烟气零价汞的去除研究

燃煤电厂烟气是中国最重要的人为汞排放源之一,如何控制燃煤烟气汞排放关系着中国履行《关于汞的水俣公约》的成效。通过共沉淀法制备了锡-锰二元金属氧化物(MnO_x-SnO_2)复合材料,对其结构进行了表征,并考察了其对烟气零价汞(Hg~0)的吸附性能。结果表明,在200℃时Hg~0的去除率最高,能达到86.0%;烟气中的O_2能促进Hg~0的去除,而SO_2则抑制Hg~0的去除。MnO_x-SnO_2去除Hg~0的机理是烟气Hg~0首先被吸附在复合材料表面,被MnO_x催化氧化成Hg~(2+),一部分被表面的吸附氧捕捉从而形成HgO,一部分与锡结合形成锡汞齐。     

负载型磷酸氧钒低温脱硝催化剂的制备及其抗硫抗水性能

针对目前低温脱硝催化剂抗硫抗水性较差的不足,以TiO_2为载体负载活性组分V_2O_5,利用磷酸调控表面酸性,制备了磷酸氧钒催化剂VPO/TiO_2,并实验研究了SO_2和水蒸气对其脱硝活性的影响。结果表明:控制P与V的摩尔比为1/5,活性组分(VPO)负载量为10%,焙烧温度为400℃时,催化剂脱硝性能最好,180～400℃温度范围内脱硝率高于98%;反应温度为200℃,烟气中SO_2体积分数为200×10~(-6)～800×10~(-6)和水蒸气体积分数为4%时,催化剂的活性无明显下降。添加磷酸能够促使催化剂表面生成VOPO_4、(VO)_2P_2O_7及V~(4+)/V~(5+)氧化还原电对,提高了催化剂的低温脱硝活性。磷酸可增强催化剂的表面酸性,减少了SO_2的表面吸附及其与活性组分的反应。另外,催化剂表面以介孔为主,可提高未被水分子占据的活性位点量,FT-IR图谱显示抗硫抗水测试后的VPO/TiO_2表面未发现有硫酸根生成,VPO/TiO_2表现出较强的抗SO_2和水蒸气毒化的性能。负载型磷酸氧钒催化剂具有较高的脱硝活性和较强的抗硫抗水性能。     

铁钴共掺杂的Mn-Ce/TiO_2催化剂低温SCR脱硝

采用浸渍法制备了Fe和Co改性的Mn-Ce/TiO_2催化剂,研究了Fe和Co共同掺杂对催化剂脱硝及抗水抗硫性的影响。发现Fe和Co以1∶2摩尔比共同掺杂的催化剂具有最佳的脱硝活性。通过BET、XRD、XPS和FTIR等表征手段对其微观结构和抗毒性机理进行研究,发现Fe和Co的掺杂能明显提高催化剂的比表面积和孔隙率,增强催化剂的氧化还原性能。Fe和Co的引入还能减少硫酸根离子和水分子在催化剂表面的累积,从而增强催化剂的抗水抗硫性能。     

介质阻挡放电联合锰基催化剂对乙酸乙酯的降解效果

采用等体积浸渍法制备锰基催化剂MnO_x/13X和MnO_x/γ-Al_2O_3,并在吸附-间歇放电模式下研究了其联合介质阻挡放电(DBD)等离子体对乙酸乙酯的氧化性能;对催化剂进行BET、SEM和XPS表征,以分析不同载体的Mn基催化剂氧化效果存在差异的原因。DBD氧化实验结果表明:与13X和γ-Al_2O_3相比,负载活性组分MnO_x后,CO_x产率分别提高了36.3%(MnO_x/13X)和29%(MnO_x/γ-Al_2O_3),CO_2选择性均提高至98%以上,副产物臭氧明显减少。表征结果显示,MnO_x/13X上的Mn~(4+)和晶格氧含量更高,更有利于乙酸乙酯的降解。结合吸附态乙酸乙酯的等离子体降解机理和不同填充材料的实验数据,建立了相应的动力学模型,为DBD降解挥发性有机物系统中催化剂的优化及其应用提供参考。     

F掺杂改性及其制备方法优化对V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂低温SCR脱硝性能的影响

为提高SCR脱硝催化剂的低温脱硝性能,采用正交实验的方法制备了一系列氟(F)掺杂V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂,并对其进行活性分析,考察了不同氟元素来源(氟钛酸铵、氟化铵)、不同钒元素(V)前驱体(乙酰丙酮氧钒、偏钒酸铵)、钨元素(W)的不同添加方式(W做助剂、W既做载体又充当助剂)、不同载体制备方式(溶胶凝胶法、浸渍法)对催化剂脱硝性能的影响。结果表明,F掺杂改性显著增强了催化剂在200～350℃温度范围内的脱硝性能,其中以乙酰丙酮氧钒为V前驱体,以氟化铵为F源,W既充当载体又做助剂的方式制备出的F掺杂V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂具有最优的脱硝效果,其在空速为10 000 h-1的情况下,在200～350℃的温度反应区间,活性能稳定维持在98%以上。同时采用XPS、BET、TGA、SEM、XRD、Raman一系列表征手段对催化剂的理化性质进行了分析,表征结果表明F元素掺杂提高了活性组分在载体表面的分散度,同时促使了催化剂表面的电荷发生转移,增强了催化剂表面的氧化还原能力,促进了催化剂表面化学吸附氧的生成,增加了还原态V物种与还原态W物种的数量。     

焙烧温度对TiO_2催化剂催化燃烧性能的影响

以TiOSO_4·2H_2O为原料,采用沉淀法制备了TiO_2催化剂,考察焙烧温度对TiO_2催化剂催化燃烧二氯甲烷(DCM)性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、BET比表面积测试、扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光(XRF)等分析方法对TiO_2催化剂进行表征。结果表明:TiO_2催化剂的催化活性随着焙烧温度的变化而存在差异;适量硫酸根的存在有利于TiO_2催化剂催化活性的提高;TiO_2催化剂存在锐钛矿的衍射峰,随着焙烧温度升高,平均晶粒尺寸变大,结晶度变高,比表面积下降,表面颗粒尺寸变大,催化活性随之下降;450℃焙烧制得的TiO_2催化剂具有最高的催化活性,在292.2℃时对DCM的转化率达到90%以上,且HCl生成率和稳定性也较好。     

F和S共掺V_2O_5/TiO_2催化剂对NH_3-SCR活性的影响

在V_2O_5/TiO_2催化剂基础上进行非金属改性载体的研究。采用溶胶凝胶法、浸渍法制备了一种新的氟、硫共掺杂氧化钒/氧化钛催化剂,探讨了新型催化剂对低温SCR活性的影响。并通过比表面积测试(BET)、X射线衍射实验(XRD)、H2和NH3的化学吸附特性测试(H2-TPR、NH3-TPD)等技术对催化剂的理化性能进行表征。研究结果表明,氟、硫掺杂催化剂提高了低温SCR活性,拓宽了活性温度范围,在F与S摩尔比为x3时,获得了最佳的脱硝性能。     

中试规模下蜂窝式Mn-Ce/Al_2O_3脱硝催化剂的低温性能

采用自行设计的反应装置,研究中试规模条件下关键参数对蜂窝堇青石Mn-Ce/Al_2O_3催化剂脱硝效率的影响以及抗硫抗水性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和比表面积测试仪(BET)研究催化剂的理化性质。结果表明,反应温度、空速、氨氮比对催化活性均有明显影响,同时,催化剂对氮氧化物浓度有较强适应性,NO浓度在134～469mg·m~(-3)区间内脱硝效率均可保持在75%以上。催化剂在100℃,空速3 336h~(-1),[NH_3]/[NO]为0.9,烟气量20m~3·h~(-1)条件下连续反应168h,其催化效率可以稳定保持在75%～80%,说明蜂窝式Mn-Ce/Al_2O_3具有良好的稳定性。催化剂在含5%H_2O气氛中催化效率由80%减少至60%,在去除H_2O后抑制作用消失。反应气中通入143mg·m~(-3)SO_2后催化效率由80%降低至62%,停止通入SO_2后活性不能恢复。同时通入143mg·m~(-3)SO_2和5%H_2O,催化效率下降并维持在53%左右,停止通入后活性恢复至67%。通过对SO_2中毒前后的催化剂表征分析可得,SO_2存在条件下生成的硫酸铵盐堵塞了20nm孔径以下的部分孔道,覆盖了催化剂表面活性位点,是引起效率下降的主要原因。     

Fe-Mn基分子筛催化剂NH_3低温选择性催化还原NO性能

采用柠檬酸法制备了不同Fe和Mn含量的Fe-Mn/HBeta催化剂,采用BET、XRD、SEM和XPS等方法对不同催化剂的特征参数进行表征,以氨气为还原剂,在空速为5 000 h~(-1)的条件下,考察了活性成分负载量和焙烧温度对其活性的影响;探讨了催化剂的抗水抗硫性能。研究结果表明,焙烧温度为550℃、6%Fe-6%Mn/HBeta催化剂具有相对较优的催化活性,反应温度为90~230℃时,NO转化率为63.9%~96.99%,比表面积、孔体积和平均孔径分别为356.19 m~2/g、0.61cm~3/g和16.83 nm,活性成分在催化剂表面高度分散,催化剂表面Mn主要以Mn~(3+)和Mn~(4+)存在,且以Mn~(4+)居多;反应温度为180℃条件下,6%Fe-6%Mn/HBeta催化剂具有较好的抗水能力和同时抗水抗SO_2能力,但单独抗SO_2能力较差。     

MnO_x催化剂用于甲苯催化氧化反应的研究

为了考察MnO_x催化剂在典型挥发性有机物催化氧化反应中的催化性能与制备条件的关系,分别采用氧化还原沉淀法和传统溶胶凝胶法制备了MnO_x-R和MnO_x-S,用于甲苯催化氧化实验,并对催化剂结构和性能进行表征。结果发现,MnO_x-S为Mn_2O_3和Mn_5O_8的混合物,而MnO_x-R为MnO_2。MnO_x-R催化剂在甲苯催化氧化反应中表现出更高的催化活性,其甲苯转化率为50%、90%时的温度分别为210、230℃,均低于MnO_x-S的235、250℃。从表征数据来看,MnO_x-R比表面积、孔容、孔径更大,表面吸附氧含量更高,可还原性更好。     

Mn、Ce掺杂改性γ-Al_2O_3催化剂对燃煤烟气Hg~0去除性能研究

以γ-Al_2O_3为掺杂,通过掺杂Mn、Ce活性物质制备复合催化剂去除模拟烟气中的Hg0,考察了Mn和Ce负载量、催化剂制备煅烧温度、反应温度以及模拟烟气中O_2和SO_2体积分数对于Hg0去除率的影响。结果表明,负载Mn、Ce活性组分后,复合催化剂对燃煤烟气Hg~0的去除率明显高于γ-Al_2O_3。当Mn、Ce负载量分别为0.10、0.02时(以Mn、Ce与Al的摩尔比计)时,制得的催化剂Mn0.10-Ce0.02/γ-Al_2O_3活性最好,催化剂最佳煅烧温度为400℃,最佳反应温度为150℃。常规燃煤烟气条件下的O_2体积分数能够满足Hg~0的有效氧化,烟气中的SO_2会严重抑制Hg~0的氧化。     

铁铈复合催化剂的低温SCR脱硝性能

以柠檬酸酸法制备了不同铁铈比例的脱硝催化剂并将其用于NO_x的低温NH_3选择性催化还原,通过N_2吸附、XRD和TPD手段对催化剂进行表征,并考察了H_2O和SO_2对催化剂性能的影响。结果表明:Ce的掺杂显著提高铁基催化剂的低温SCR性能,0.10CeFeO_x催化剂在200~300℃,60 000 h~(-1)空速下能达到85%以上的效率;Ce的掺杂能够提高催化剂比表面积和改善催化剂孔结构,有助于反应气体吸附以及提供更多的活性位点;铁铈之间有较强的相互作用,掺杂Ce后,Fe、Ce以无定型态存在,形成良好固溶体,并且大幅提高了催化剂表面酸性强度;在250℃,由于5%(vol)H_2O竞争吸附导致0.10CeFeO_x催化剂反应效率有所下降,但仍保持在90%左右;对于模拟烟气中SO_2的毒化作用,250℃时0.10CeFeO_x催化剂反应效率下降明显。     

钒基催化剂降解氯苯的原位红外分析

V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂被广泛应用于脱硝,且由于V_2O_5抗氯中毒能力强,对于氯代挥发性有机物(CVOCs)的催化降解也具有较好效果。通过浸渍法制备了不同V_2O_5和WO_3含量的负载型催化剂,采用氯苯作为CVOCs的模型化合物,对催化剂进行了活性评价和原位红外实验研究,在分子层面明确V_2O_5和WO_3在氯苯催化氧化过程中的作用。结果表明:增加V_2O_5含量是提高催化剂活性和稳定性的关键;氯苯在不同活性组分上的降解途径类似,均为苯环逐渐氧化开环及后续中间产物的氧化过程;V_2O_5对氯苯具有较强的氧化能力,在100℃即可观察到大量中间产物,且随着温度的升高,中间产物可迅速被氧化分解。相对而言,WO_3的氧化性能很差,仅在温度达到300℃才可明显观察到中间产物,但V_2O_5和WO_3之间存在协同作用。以上分子层面的反应机制研究,有助于明确催化剂各组分的具体作用,进一步指导开发性能更好的钒基催化剂,用于CVOCs的催化氧化。     

Y_2O_3/AC催化剂的烟气同时脱硫脱硝性能

采用等体积浸渍法制备了一系列不同负载量的x%Y_2O_3/AC(x=2、4、6、8和10)同时脱硫脱硝催化剂,以CO为还原气,考察该催化剂同时脱硫脱硝催化活性。采用X射线衍射仪(XRD)、H2-程序升温还原(H2-TPR)、比表面积(BET)对催化剂进行了表征。在不同负载量的催化剂中,6%Y_2O_3/AC表现出较好脱硫脱硝效果,SO_2和NO的T90%分别约为365℃和367℃。经HNO_3预处理过的活性炭载体制备的催化剂脱硝效果明显改善,催化剂预硫化可以显著提高脱硫脱硝活性,在550℃硫化的催化剂效果最好,NO和SO_2的T90%分别约为368和362℃,在380℃时脱硫脱硝率均可达到95%以上。