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.     

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...     

球磨制备低钒基催化剂的NH3-SCR脱硝性能

采用球磨混合方法,将催化剂以m（Cu/SAPO-34）:m（VW/TiO₂）为1:1的比例制得干混样品SAPO-Ti。利用固定床实验台架研究了混合催化剂的NH₃-SCR脱硝性能及其抗硫性能。采用 XRD、BET、SEM、H₂-TPR、NH₃-TPD和in-situ DRIFT对材料进行表征,结果显示,球磨混合样品SAPO-Ti同时具有2种催化剂的晶体结构,且酸量增加,中温活性提高。表面形貌研究表明,VW/TiO₂催化剂覆盖在Cu/SAPO-34催化剂表面,对Cu/SAPO-34催化剂起到保护作用;原位红外结果显示,Cu/SAPO-34催化剂硫中毒失活主要是在Cu活性位上形成硫酸盐物种,导致活性位减少,脱硝效率下降,而SAPO-Ti表面形成硫酸盐的数量减少,抗硫性能提高,主要是由于表面VW/TiO₂催化剂具有良好的抗硫性,保护内部Cu2+活性位,以保持高效中温脱硝性能。     

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。     

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.     

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_...     

γ-Al2O3酸性修饰稀土尾矿NH3-SCR脱硝性能

为增加脱硝催化剂的酸性位点和比表面积,以稀土尾矿为活性主体,通过物理球磨方式添加γ-Al₂O₃,制得NH₃-SCR催化剂,脱硝温度为100~400℃.结果表明：原尾矿脱硝活性为7.6%,γ-Al₂O₃的脱硝活性为9.4%,稀土尾矿添加50%γ-Al₂O₃脱硝活性达到了64.8%,即添50%γ-Al₂O₃后加极大程度地提高了尾矿的脱硝活性.XRD实验结果表明：Al₂O₃不会与尾矿成分发生反应生成新的物质.SEM实验结果表明：当添加γ-Al₂O₃低于50%时,γ-Al₂O₃均匀分散在尾矿表面,当添加65%γ-Al₂O₃和80%γ-Al₂O₃时,γ-Al₂O₃发生团聚,分散性较差.NH₃-TPD实验结果表明：添加γ-Al₂O₃为脱硝催化剂增加酸性位点,但是当添加γ-Al₂O₃过低时（15%、35%）,吸附NH₃量不足,催化反应进行不完全.BET实验结果表面：添加γ-Al₂O₃可以增加尾矿的比表面积.     

载体平衡离子对MnOx/ZSM-5催化NH3-SCR性能影响

采用不同平衡离子（H⁺、Na⁺和NH₄⁺）的ZSM-5改性分子筛制备MnO_x/ZSM-5催化剂,研究平衡离子对氨选择催化还原（NH₃-SCR）反应活性的影响.NH₃-SCR反应结果表明,NH₄-ZSM-5为载体时,催化剂表现出优异的低温SCR活性,而H-ZSM-5为载体的催化剂则在高温范围对NO_x具有较高的转化率.XRD、TEM、BET、Raman、H₂-TPR、XPS等表征结果显示,平衡离子可明显影响MnO_x在催化剂中的分散位置以及氧化还原性质.MZ-NH₄催化剂中活性组分MnO_x分散在载体外表面,颗粒尺寸较大,主要以Mn³⁺形式存在,对NO具有较强的氧化能力,进而促进“快速SCR”反应的进行.而H-ZSM-5为载体时,MnO_x主要被限域在载体孔道内形成限域催化剂,主要以Mn⁴⁺形式存在.活性研究和表征结果证明,活性组分分散在催化剂外表面,更有利于低温SCR反应的进行.     

不同载体对Cu基脱硝催化剂性能的影响研究

文章以TiO₂、ZSM-5和SSZ-39为载体制备了Cu基脱硝催化剂,采用XRD、N₂-吸附脱附、H₂-TPR、XPS、NH₃-TPD、NH₃-DRIFTS等表征手段分析催化剂的物理化学性质,通过固定床微型反应器对比3种催化剂的脱硝活性,并考察了Cu/SSZ-39催化剂的抗SO₂、H₂O性能。结果表明：Cu/TiO₂催化剂的比表面积低、活性组分含量少、O_α/(O_α+O_β)比率低、酸量和酸强低,导致该催化剂的脱硝活性较差。以分子筛为载体所制备的催化剂(Cu/ZSM-5和Cu/SSZ-39),体现了更好的脱硝活性。其中,Cu/SSZ-39催化剂的还原性能和酸量相对较高,催化剂的脱硝活性优于Cu/ZSM-5催化剂。此外,Cu/SSZ-39催化剂还体现了较好的稳定性,在含SO₂、H₂O气氛下,连续运行60 h,脱...     

Mo-Mn/TiO2催化剂的协同脱硝脱汞特性

采用浸渍法制备Mo-Mn/TiO₂催化剂,研究了反应温度、HCl和SO₂对其模拟烟气协同脱硝脱汞活性的影响.研究表明,过高的反应温度不利于汞的脱除过程,过低的温度则抑制脱硝反应的顺利进行,但在200℃时可兼具最优的脱硝和脱汞效率;HCl的加入促进汞的高效氧化,却明显降低催化剂对NO的转化;而烟气中SO₂的存在对催化剂的脱硝和脱汞过程均起到抑制作用.利用XRD、H₂-TPR和XPS等表征手段对硫中毒反应前后的催化剂进行了研究.结果表明,硫酸盐在催化剂表面的不断沉积和活性组分Mn⁴⁺及化学吸附氧O_α的消耗乃是致使催化剂失活的主要原因;另外,SO₂与NH₃和Hg⁰对催化剂表面活性位点的竞争吸附,也严重抑制催化剂的脱硝和脱汞反应.Mo-Mn/TiO₂的脱硝过程是通过Mn价态之间的相互转化来完成的,其中元素Mo和O₂是其转化得以实现的助剂;Mo-Mn/TiO₂对汞的脱除以催化氧化为主,金属氧化物中的晶格氧将Hg⁰转化为HgO而被脱除.     

氮氧化物与挥发性有机物协同催化净化进展

将垃圾焚烧、钢铁冶炼等典型行业烟气处理中的NH₃-SCR脱硝与VOCs净化模块耦合，发展多污染物协同控制理论和技术，协同催化净化NO_x与VOCs,不仅具有重要的科学意义，还具有重大的生态环境和经济效益。目前，NO_x与VOCs协同催化净化技术已在环境催化领域引起广泛关注，已报道相关研究主要聚焦于协同催化剂性能的考察，但该项研究仍处于初步探索阶段，尚未获得满足实际应用需求的高效协同催化剂，且相关反应机制有待深入考察。未来NO_x与VOCs协同净化催化剂技术的发展需解决3个关键难题：协同净化催化剂酸/氧化还原双核活性位的构建及调控、协同净化催化剂上酸/氧化还原双循环反应路径的理解、协同净化过程中催化剂的抗中毒能力提升。解决这些关键科学问题的第一步仍是设计并制备高活性、高稳定性、抗中毒的协同净化催化剂；然后探究催化剂的化学组成、结构特点和理化性质，解析催化剂双核活性位的微化学环境；进一步利用原位测试手段、表面反应技术以及理论模拟计算，解析催化剂结构与性能的构效关系，阐释催化净化过程高效协同机制和催化剂抗中毒机...     

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.     

Ag/Cu3(BTC)2复合催化剂的制备及其NH3-SCR催化性能

采用紫外还原的方法成功制备出Cu₃（BTC）₂（均苯三甲酸合铜）负载贵金属Ag纳米颗粒的Ag/Cu₃（BTC）₂复合催化剂,并用于氨法脱硝反应.应用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、BET测试等手段对催化剂的物理化学性能进行了表征.结果发现Ag纳米颗粒以球状结构高度均匀分散在Cu₃（BTC）₂骨架结构的表面.负载Ag纳米颗粒和Cu-MOF的协同作用,提高了Ag/Cu₃（BTC）₂催化剂的脱硝效率,负载量为15wt%的催化剂表现出最优脱硝效率,在220～260℃达到100%的NO转化率.同时,利用in-situ FTIR技术对NH₃-SCR的反应机理进行了探究.     

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.     

助剂添加对CuO/TiO2催化剂NH3-SCO性能的影响研究

采用浸渍法制备了一系列CuO-MO_x/TiO₂ (M=W,Zr,La)催化剂用于NH3选择性催化氧化(NH₃-SCO),同时探究了SO₂中毒对NH₃氧化性能的影响.结果表明,过渡金属氧化物的添加使Cu/TiO₂催化剂NH₃转化率降低,但显著提高N₂选择性.其中,W0₃具有最好的促进效果,在300℃下催化剂N₂选择性提高了36%.通过H₂-TPR和NH₃-TPD表征发现,WO₃的添加增加了Cu/TiO₂催化剂表面酸性位点的数量,促进NH3的吸附,但降低催化剂氧化还原性能,抑制NH₃氧化为NO_x.经SO₂中毒处理后,CuO-MO_x/TiO₂催化剂N₂选择性进...     

FeSAPO-34和CuFeSAPO-34分子筛的可控制备、表征及其低温NH3-SCR活性

采用一锅水热法制备了一系列不同铁前驱体的FeSAPO-34分子筛催化剂和元素掺杂的分子筛催化剂,考察了铁源和元素掺杂对分子筛催化剂的可控合成和低温催化还原NO_x性能的影响,并采用ICP、XRD、FESEM、BET、H2-TPR、XPS、NH₃-TPD、EPR及UV-Vis DRS等表征技术进行分析.活性结果表明,不同铁前驱体对所制备的FeSAPO-34分子筛催化剂的可控合成产生较大影响且对应分子筛催化剂的NH₃-SCR活性也存在较大差别.3种分子筛催化剂的低温活性顺序为：Fe_0.1SAPO-34-C>Fe_0.1SAPO-34-S>Fe_0.1SAPO-34-N. Cu掺杂的Cu_0.01Fe_0.1SAPO-34催化剂在200℃时NO_x转化率即可达82%,这反映出Cu掺杂能大大提高分子筛催化剂的低温选择性催化还原（SCR）活性.表征结果表明,不同铁源导致所制备催化剂的晶相结构、Fe物种...     

V2O5-WO3/TiO2系SCR催化剂的钾中毒及再生方法

以钾为代表的碱金属元素会引发严重的SCR催化剂中毒现象.通过浸渍法和干混法使催化剂钾中毒,比较不同K₂O负载量下催化剂脱硝活性的变化.结果表明,采用浸渍法使K₂O的负载量达到1%时,催化剂的最大脱硝效率由100%下降到30%左右;而干混法负载1% K₂O的催化剂样品的脱硝活性变化较小.对浸渍法负载1% K₂O的催化剂样品的再生试验表明,水洗可以使中毒后催化剂的脱硝活性由30%升至70%以上;而使用1%的H₂SO₄溶液酸洗,则可以使350～500 ℃催化剂的脱硝活性高于中毒前.通过扫描电镜和抗压强度的对比分析发现,中毒与再生前后催化剂的微观形貌和机械性能均未发生很大改变.      

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.     

低温SCR脱硝催化剂过渡金属氧化物改性及硫中毒失活机制研究

以浸渍法制备MnOx-CeOx/ACF催化剂.在110~230℃温度范围内,MnOx-CeOx/ACF催化剂具有较好地低温选择性催化还原脱除NOx的活性.结果表明,该催化剂在150℃和230℃的脱硝效率分别达到80%和90%.加入Fe、Cu和V等过渡金属氧化物对MnOx-CeOx/ACF催化剂进行改性.该类过渡金属氧化物的加入对MnOx-CeOx/ACF的活性具有抑制作用.相比于MnOx-CeOx/ACF以及Cu和V改性的催化剂,Fe改性催化剂在一定时期内具有良好的抗SO2性能.在SO2存在下,Fe改性催化剂在初始6h内其脱硝效率保持在75%以上.X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶转换红外光谱(FTIR)分析结果表明,催化剂失活包括两部分机制,一是形成硫酸铵盐,可粘附在催化剂表面使催化剂失活;另外一个机制是作为活性成分的锰铈等金属氧化物被SO2硫化形成金属硫酸盐.     

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.