飞灰负载Cr-Cu-Mn催化剂的中低温SCR脱硝性能及其机制

选取煤基飞灰作为催化剂载体,分别以Cr₂O₃和CuO、Mn₂O₃为主活性组分和助活性组分,采用超声辅助浸渍法制备Cr₈Cu₂Mn_x/FA催化剂并进行SCR脱硝实验。分析了Mn掺杂量对Cr基催化剂脱硝活性和抗水性的影响,通过BET、XRD、TPD、TPR、XPS等手段对催化剂的理化性质进行表征。结果表明：Mn的添加可以拓宽Cr基催化剂的脱硝活性温度窗,促使Cr₈Cu₂Mn_x/FA催化剂在200～350℃温度区间内的脱硝效率达到100%,且具有良好的抗水性;适当添加Mn可以提高催化剂表面酸性、氧化还原能力及表面吸附氧含量,拓宽催化剂的脱硝温度窗并促进活性金属组分中铬、铜的电子转移(Cr⁵⁺→Cr³⁺→Cr²⁺,Cu⁺→Cu²⁺)。     

低温NH3-SCR催化剂及脱硝机理研究进展

为了开发高活性、高抗性的低温NH_3选择性催化还原(NH_3-SCR)催化剂,介绍了4种主要低温脱硝催化剂(贵金属、分子筛、炭基材料和过渡金属氧化物)脱硝活性以及抗硫抗水性能的研究成果,分析了基于原位红外和密度泛函方法的低温脱硝研究。分析认为:由一种或多种金属材料组合的NH_3-SCR催化剂一般具有良好的低温活性,但抗硫、抗水性能有待进一步提升;催化剂的表面酸性酸量特性和活性位点暴露数量与抗硫抗水性能密切相关,脱硝机理有助于分析SO_2和水蒸气对脱硝过程的影响机制。     

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.     

CTAB改性蒙脱石负载锰氧化物催化剂的原位生长法制备及其低温SCR脱硝活性研究

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性的有机蒙脱石(OMMT)为载体,采用原位生长法一步合成负载型锰氧化物催化剂(MnOx/OMMTSP),并应用于低温NH3-SCR脱硝反应.考察了表面有机官能团对催化剂脱硝活性的影响,发现载体表面有机官能团对催化剂的低温SCR活性具有显著的抑制作用.对有机蒙脱石载体负载锰氧化物前后分别进行热处理以去除表面有机官能团,可有效提高催化剂活性.同时,通过XRD、SEM、TEM、BET、XPS、TG、NH₃-TPD和H₂-TPR等表征手段对催化剂的结构和及理化特性进行了表征.结果表明,在原位生长法制备催化剂的过程中,有机官能团的存在主要影响了前驱体物种在载体表面的原位反应,从而影响了活性物种的化学性质;其次,有机官能团本身也对SCR反应具有抑制作用,但影响较小.分析发现,有机官能团的存在抑制了原位生长过程中Mn⁴⁺的生成,而将催化剂在氧气氛围下进行煅烧处理,不但使催化剂的比表面积大幅提升,而且增加了其Mn⁴⁺比例,可显著增强催化剂的酸中心数量及氧化还原能力.     

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.     

钒基催化剂中低温SCR脱硝性能研究

为探索适用于焦化烟气的具有较高催化活性的SCR脱硝催化剂,选用纳米Ti O_2粉末P25作为载体,采用浸渍法制备一系列的V/Ce-Ti催化剂,考察催化剂的中低温脱硝和抗硫性能。结果表明,4V10Ce-Ti催化剂具有最高的脱硝效率,在250℃时脱硝效率达到99%;空速越低、氧浓度越高且氨氮比越接近1,催化剂的脱硝效率越高。进一步通过掺杂其他元素(Br、Fe、Cu等)加以改性,结果表明在4V-Ti催化剂上添加Br能提高催化剂的脱硝效率,Br的最佳掺杂比例为5%;4V5Br-Ti催化剂在有SO_2的情况下仍能长时间保持较高的脱硝效率,具有良好的抗硫性能。XRD和BET测试结果表明,V和Ce的添加没有改变催化剂的晶型,但降低了催化剂的比表面积和平均孔径。XPS结果显示,通入SO_2后催化剂表面有硫酸氢铵生成,同时V~(5+)的含量减少,以上因素导致了催化剂活性的降低。     

溶胶粉末复合浸渍法制备颗粒状SCR脱硝催化剂的特性

针对以V₂O₅-WO₃/TiO₂为成分的颗粒状SCR脱硝催化剂在制备过程中存在的有效组分加载均匀性等问题,尝试了利用偏钛酸溶胶作为载体的催化剂生产方法.利用粉末/溶胶复合浸渍方式设计出4种催化剂的制备方法并分别制得样品.通过在不同温度条件下样品对烟气中NO_x成分去除效能的性能测试,以及进行相关的微观表征分析,研究比较了不同制备方式对催化剂特性的影响规律,旨在探索出一种合理、高效的催化剂制备工艺.结果表明:利用偏钛酸溶胶作为载体,同步浸渍加载WO₃和V₂O₅ 2种组分,相比传统的粉末浸渍和两步浸渍方式,该方法能够使浸渍组分在载体表面获得较高的覆盖率,并有效避免了浸渍组分溶出和重结晶现象的发生,所制得的催化剂样品具有较高的脱硝效率.      

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.     

CeO2改性MnOx/Al2O3的低温SCR法脱硝性能及机制研究

采用凝胶溶胶法制备大比表面积的Al2O3载体,等体积浸渍法配制负载MnOx和CeO2组分的CeO2-MnOx催化剂.以NH3为还原剂,一定的空气流速及合适的气体配比的条件下,考察所制备的催化剂在70～300℃范围内低温SCR法的脱硝性能及机制,同时分别对催化剂进行BET、XRD、SEM等表征实验,研究催化剂的理化性质....     

高分散MnOx/SAPO-34催化剂的制备及其低温NH3选择性催化还原NO性能

采用改进的溶胶-凝胶法制备一系列MnO_x/SAPO-34催化剂,考察了各制备参数对催化剂的结构及其低温氨选择性催化还原(NH_3-SCR)脱硝性能的影响,并通过X射线衍射、N_2吸附-脱附、透射电镜、X射线光电子能谱、NH_3程序升温脱附等手段对催化剂进行表征.结果表明,当制备参数为n(乙醇)/n(Mn)=15,n(H_2O)/n(Mn)=20,n(柠檬酸)/n(Mn)=1,Mn负载量为15%(质量分数),催化剂焙烧温度为350℃时,制备的高分散15%-MnO_x/SAPO-34-350℃催化剂具有最佳的低温SCR活性,在空速为45000 h~(-1)的条件下,且反应温度在120～240℃范围时均保持90%以上的NO转化率和接近100%的N_2选择性.MnO_x纳米颗粒高度分散在SAPO-34载体表面,平均粒径约为5.46 nm,纳米颗粒的表面效应使得该催化剂具备较大的比表面积,暴露出大量的活性位点和高活性的MnO_2(110)晶面,同时,高Mn~(4+)比例和更多的化学吸附氧以及适宜的表面酸强度和酸量也是15%-MnO_x/SAPO-34-350℃催化剂呈现最佳低温SCR活性的重要原因.     

Effects of synthesis methods on catalytic activities of CoOx–TiO2 for low-temperature NH3-SCR of NO

A series of cobalt doped TiO_2(Co-TiO_2) and Co Oxloaded TiO_2(Co/TiO_2) catalysts prepared by sol–gel and impregnation methods respectively were investigated on selective catalytic reduction with NH_3(NH_3-SCR) of NO. It was found that Co-TiO_2 catalyst showed more preferable catalytic activity at low temperature range. From characterization results of XRD,TEM, Raman and FT-IR, Co species were proved to be doped into TiO_2 lattice by replaced Ti atoms. After being characterized and analyzed by NH_3-TPD, PL, XPS, EPR and DRIFTS, it was found that the better NH_3-SCR activities of Co-TiO_2 catalysts, compared with Co/TiO_2 catalyst, were ascribed to the formation of more oxygen vacancies which further promoted the production of more superoxide ions(O-2). The superoxide ions were crucial for the formation of low temperature SCR reaction intermediates(NO-3) by reacting with adsorbed NO molecule. Therefore, these aspects were responsible for the higher low temperature NH_3-SCR activity of Co-TiO_2 catalysts.     

Effect of water vapor on NH3-NO/NO2 SCR performance of fresh and aged MnOx-NbOx-CeO2 catalysts

A MnOx–NbOx–CeO2 catalyst for low temperature selective catalytic reduction(SCR) of NOx with NH3 was prepared by a sol–gel method, and characterized by NH3–NO/NO2 SCR catalytic activity, NO/NH3 oxidation activity, NOx/NH3 TPD, XRD, BET, H2-TPR and in-situ Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy(DRIFTS). The results indicate that the Mn Ox–Nb Ox–CeO2 catalyst shows excellent low temperature NH3-SCR activity in the temperature range of 150–300℃. Water vapor inhibits the low temperature activity of the catalyst in standard SCR due to the inhibition of NOx adsorption. As the NO2 content increases in the feed, water vapor does not affect the activity in NO2 SCR. Meanwhile, water vapor significantly enhances the N2 selectivity of the fresh and the aged catalysts due to its inhibition of the decomposition of NH4NO3 into N2O.     

SO2对MnOx/PG催化剂低温脱硝的影响机理研究

采用等体积浸渍法制备了锰氧化物负载凹凸棒石(MnO_x/PG)低温SCR催化剂,通过SO₂暂态响应、程序升温表面反应(TPSR)等实验技术研究了烟气中SO₂对催化剂SCR脱硝活性的影响行为.采用程序升温脱附(TPD)、BET比表面及孔径分布测定、XPS等表征技术对催化剂硫中毒的机理及化学本质进行了深入分析.结果表明,低温下烟气中SO₂对MnO_x/PG催化剂的SCR脱硝活性存在显著的抑制作用,催化剂中毒主要由烟气中SO₂的催化氧化引起.一方面SO₂氧化为SO₃后与NH₃及H₂O竞争反应形成复杂的硫酸铵盐堵塞催化剂孔道,另一方面与活性组分MnO₂结合形成MnSO₄使得部分活性组分形态发生变迁.其中硫酸铵盐的形成可通过适当的热处理得以去除,而MnSO₄则不可恢复,但催化剂SCR活性却显著增加,表明MnSO₄的形成不是催化剂失活的主要因素.吸附态的硫可显著增加催化剂表面酸性,因此对SCR活性有促进作用.催化剂失活主要机理为:由气相SO₂的连续氧化并与NH₃相结合形成硫酸铵盐,并且在低温下难以分解,以致堵塞催化剂活性中心.     

脉冲介质阻挡放电下MnOx-CeO2催化氧化碳烟的关键表面物种研究

采用柠檬酸络合法制备了Mn/(Mn+Ce)原子比为0.4的MnO_x-CeO_2复合氧化物,使其分别在有和无脉冲介质阻挡放电条件下,多次催化氧化碳烟.采用XRD、BET、Raman和XPS对新制备未反应过的和各次反应后的MnO_x-CeO_2进行表征.结果发现,在初次反应中,脉冲介质阻挡放电对反应具有强化作用,使MnO_x-CeO_2具备更好的活性.在放电和无放电2种条件下,催化剂第2次反应的活性均较第1次有所降低,且放电条件下降幅更大,而在第3次反应时催化剂活性在两种条件下均保持稳定状态.以上现象原因为,初次反应,两种条件下高温使MnO_x-CeO_2中Mn-Ce-O固溶体发生相分离,部分Mn析出生成了Mn_3O_4;未引入放电时催化剂表面发生不可逆还原的Mn~(4+)量更少,且拥有更多Ce~(3+)并产生了本征氧空位及更多的表面氧;放电的引入,加剧了初次反应时MnO_x-CeO_2表面Mn~(4+)向Mn~(3+)和Mn~(2+)的转化,使其具备更高的活性,但也抑制了Mn~(4+)的恢复,降低了催化剂的活性.在随后的反应中,有无放电催化剂均保持了稳定.脉冲介质阻挡放电对MnO_x-CeO_2反应的关键因素Mn~(4+)、本征氧空位和表面氧产生了重要影响,这种影响在初次反应时并不可逆,进而减弱了放电对反应的强化作用,该现象不可忽视,值得进一步研究.     

The selective catalytic reduction of NO over Ce0.3TiOx-supported metal oxide catalysts

A Ce_(0.3)TiO_xoxide carrier was synthesized via a sol–gel process,and Ce_(0.3)TiO_xsupported metal(M=Cd,Mn,Fe,W,Mo)oxide catalysts were prepared by the method of incipient-wetness impregnation.The catalysts were characterized by means of X-ray diffraction(XRD),Brunauer–Emmett–Teller(BET)analysis,scanning electron microscopy(SEM),transmission electron microscopy(TEM),Fourier transform infrared(FT–IR)spectroscopy,UV–Visdiffusereflectancespectroscopy(UV–VisDRS),and Temperature-programmed reduction with H_2(H_2-TPR).The catalytic activities for de-NO_(x )were evaluated by the NH_3-SCR reaction.Among all the catalysts tested,the 2 wt.%Cd/Ce_(0.3)TiO_xcatalyst exhibited the best NH_3-SCR performance,with a wide temperature window of 250–450°C for NO conversion above 90%.Moreover,the catalyst showed N_2 selectivity greater than 99%from 200 to 450°C.     

Ultrasound-assistant preparation of Cu-SAPO-34 nanocatalyst for selective catalytic reduction of NO by NH3

The influence of the various preparation methods of Cu-SAPO-34 nanocatalysts on the selective catalytic reduction of NO with NH₃ under excess oxygen was studied. Cu-SAPO-34 nanocatalysts were prepared by using four techniques: conventional impregnation (IM), ultrasound-enhanced impregnation (UIM), conventional deposition precipitation (DP) using NaOH and homogeneous deposition precipitation (HDP) using urea. These catalysts were characterized in detail by various techniques such as N₂-sorption, XRD, TEM, H₂-TPR, NH₃-TPD and XPS to understand the catalyst structure, the nature and the dispersed state of the copper species, and the acid sites for NH₃ adsorption. All of the nanocatalysts showed high activities for NO removal. However, the activities were different and followed the sequence of Cu-SAPO-34 (UIM) > Cu-SAPO-34 (HDP) > Cu-SAPO-34 (IM) > Cu-SAPO-34 (DP). Based on the obtained results, it was concluded that the NO conversion on Cu-SAPO-34 nanocatalysts was mainly related to the high reducibility of the isolated Cu^2 + ions and CuO species, the number of the acid sites and the dispersion of CuO species on SAPO-34.     

同一实验环境下炭黑燃烧催化剂活性测试及制备方法优选

催化燃烧是最有效的炭黑消除手段之一,催化剂是其中的核心,其活性的提高对催化效果优化及成本控制有重要影响.然而目前报道的大量炭黑燃烧催化剂活性测试是基于不同实验环境进行的,其结果之间缺乏比较意义.为了筛选活性优异的催化剂,并总结出催化剂活性与物理化学性质之间的关系,同时为催化过程中氧物种原位定量观测建立基础,根据易得、环...     

稻田气溶胶NH3和气体NOx排放在线测定研究

气溶胶NH3和气体NOx是大气颗粒物和降水的主要成分,是形成气溶胶的关键物种.田间集约化氮肥施用是气溶胶NH3和气体NOx的一个重要来源,目前该领域的研究鲜有报道.2010年5月～2010年10月,在线监测了稻田施用尿素后气溶胶NH3和气体NOx的排放情况.监测系统的时间分辨率设置为1 h.在4次稻田施肥试验中,施肥后对气溶胶NH3排放和相应的气象因子连续采样20 d.在第4次施肥试验中,施肥后连续采样47 d,进而研究气体NOx的排放规律及其与气象因子的关系.结果表明,气溶胶NH3的排放因子分别为2.6%、5.5%、4.0%和1.6%,相应的排放通量分别为3.97、2.08、1.52和1.22 kg·hm-2.温度(空气温度和土壤温度)是影响稻田施肥气溶胶NH3排放的主要因子,而空气湿度和土壤水分对其排放的影响却不明确.通过分析监测数据可知,稻田施肥后NO2-N排放量与NO-N排放量的比值为9/4,气体NOx的排放因子和排放通量分别为0.14%和0.30 kg·hm-2.气象因子与气体NOx排放通量的关系也进行了初步探讨.