基于铜铈钛复合金属氧化物低温快速SCR脱硝及抗中毒机理

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氮氧化物(包括NO、NO2)是大气中的主要污染物,会引起臭氧层空洞、酸雨、光化学烟雾和温室效应等环境问题。选择性催化还原技术(SCR)已被证实为最有效的方式。传统的商业催化剂V2O5-WO3/TiO2已经被广泛使用,但是存在诸多缺陷:工作温度区间窄,对人体有毒性,N2选择性不高等。在这种情况下,低温SCR脱硝催化剂应运而生。然而在低温SCR脱硝催化剂研究领域中,主要存在反应机理不明确,抗中毒(SO2、H2O、碱金属氧化物)性能不好等问题。因此,开发具有优良低温活性和抗中毒能力的环保SCR脱硝催化剂迫在眉睫。  本文在系统分析目前国际上低温脱硝催化剂的研究现状的基础上,结合实验室已有的研究成果,提出了用高度分散的TiO2颗粒修饰改性制备CuOX-CeOX催化剂,系统研究了低温快速脱硝反应机理和抗中毒机理,并取得以下成果:  (1)用表面高度分散的TiO2层对CuOX-CeOX催化剂进行修饰改性得到T4Cu4Ce2催化剂,在100-275℃的低温范围内最佳NO转化率达到87.3%,N2选择性稳定在95%以上。高度分散的TiO2层有助于改善催化剂在低温下的NO吸附活化和氧化能力,使得快速SCR(FSCR)反应在100℃的低温下就被激活,同时催化剂还显示很好的抗SO2和H2O中毒性能。  (2)用类似于T4Cu4Ce2催化剂的制备方法研发了只含单一活性组分的T6Cu4和T6Ce4催化剂,系统研究了CuOX-CeOX之间的相互作用。发现CuOX-CeOX之间的协同作用可以改善TiO2载体在活性组分上的分散度,提高了催化剂的氧化还原能力以及NH3吸附能力,从而有助于低温快速SCR脱硝。  (3)系统研究了碱金属氧化物对T4Cu4Ce2催化剂脱硝的影响,发现K2O和Na2O抑制T4Cu4Ce2催化剂的活性主要通过:降低催化剂的氧化还原能力,催化剂表面酸量和化学吸附氧含量。并使氧化还原反应Cu2++Ce3+→Cu++Ce4+,Cu2++Ti3+→Cu++Ti4+受阻。K2O和Na2O不但降低催化剂的NO氧化成NO2能力,影响NH3在高温区间的过氧化。同时还改变催化剂NOX吸附行为,生成新的更为稳定的非活性NOX-(如KNO3物种),并减少催化剂表面对于NO2的吸附量。  (4)通过NiOX对K-T4Cu4Ce2催化剂进行修饰改性,实验发现,NiOX的加入可以提高K2O中毒后催化剂的比表面积,增加化学吸附氧含量,从而有效提高催化剂抗K2O中毒的能力。其中Ni/Cu摩尔比为0.1时最佳。
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