柴油车用NH3-SCR系统中锰基催化剂的研究

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柴油车尾气排放严重影响城市大气环境,车用NH3-SCR技术是一种有效去除NOx的尾气后处理技术,NH3-SCR技术的关键在于高效SCR催化剂的研发,故本文主要以SCR催化剂研究为主题,以锰氧化物为主体,通过掺杂SO42-或与铈氧化物复合,提高催化剂性能,提高NH3-SCR系统的NOx去除率。具体内容如下:(1)为了拓宽MnOx/TiO2催化剂的反应温度窗口,本文采用溶胶-凝胶法制备了SO42--MnOx/TiO2催化剂,并研究了不同SO42-含量的催化剂在NH3选择性催化还原NOx反应(NH3-SCR)中的催化性能。实验结果表明SO42-改性能够显著地提高MnOx/TiO2催化剂在中温区(200400°C)的NOx转化率,从而实现了拓宽MnOx/TiO2催化剂反应温度窗口的目的。实验结果证明摩尔比为S:Mn:Ti=1:4:10的催化剂具有最好的NOx催化活性,在150350°C温度范围内NOx转化率均在90%以上。通过对XRD、BET、NH3-TPD及H2-TPR等表征结果的分析,认为引入SO42-后催化剂的氧化还原性和活性位酸性的改变是影响催化活性的主要因素。但是,当温度低于300°C时,空速对NOx转化率影响较大,空速的增加会导致NOx转化率降低,随着温度的升高,这种影响不断减小。(2)为了研制一种配合V2O5/WO3/TiO2催化剂使用的预氧化催化剂,本文利用柠檬酸络合法制备了MnOx-CeO2复合氧化物催化剂。分别研究了Mn、Ce配比以及焙烧温度对催化剂的氧化活性的影响。同一焙烧温度(400°C)时,与单一MnOx、CeO2相比,MnOx-CeO2复合催化剂的低温氧化活性显著提高,当反应温度低于300°C时,MnOx-CeO2催化剂的氧化活性随着Mn含量的增加而增加,氧化性高低排序为Mn3Ce3>Mn2Ce3>Mn1Ce3,并且Mn2Ce3催化剂的NO氧化率更接近50%,故本文选取Mn2Ce3为最合理配比的预氧化催化剂。XRD表征说明,不同配比的MnOx-CeO2催化剂中MnOx主要以无定形态存在,CeOx以立方萤石型CeO2存在。将已选出的最优配比Mn2Ce3催化剂分别以400°C,500°C,600°C,700°C焙烧,比较了不同焙烧温度下Mn2Ce3催化剂的氧化活性。总体来说,焙烧温度对催化剂氧化活性有一定影响,但整体影响不大。焙烧温度为500°C的Mn2Ce3催化剂氧化NO的活性最佳,其次为400°C。但400°C焙烧的催化剂NO氧化率最接近50%,因此本文选该催化剂的最合理焙烧温度为400°C。XRD分析表明,CeO2的存在抑制了MnOx结晶,使MnOx在焙烧温度增高后仍以无定形态存在。
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