CrCe复合氧化物中低温NH3选择性催化还原NOx的分析

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1、····摘要据统计，2014年我国在用工业窑炉（如陶瓷、玻璃窑炉等）约有9.4万座，氮氧化物排放量约合400万吨/年，是NOx排放的主要来源之一。目前，在工业应用中使用最为广泛、最为成熟的脱硝技术是利用NH3等作为还原剂选择性催化NOx还原的方法：SelectiveCatalyticReduction，简称SCR法。在工业窑炉系统中，其排放烟气中二氧化硫(SO2)与氮氧化物(NOx)浓度高，烟温范围在200-300oC，传统选择性催化还原(SCR)催化剂（起活温度在300oC以上）在该工况下脱硝效率低，无成熟可用技术导致高浓度的NO

2、x直接排放。为了适应日益严格的环保法规，减轻NOx对环境和人类健康的危害，研究开发新型SCR催化剂并实现其在中低温(200-300oC)环境下高效脱除NOx同时兼具较强抗SO2中毒能力，将具有重要的科学意义和广阔应用前景与环境效益。本论文以8种具备催化活性的元素组成候选元素库，利用组合化学的原理采用固相法制备了36种过渡金属氧化物或者复合金属氧化物，并对其中低温选择性催化还原NOx的活性及其耐硫性进行了评价，经过筛选得到兼具较佳的中低温SCR活性以及耐硫性能的Cr(0.4)-CeOx(SR)(500)复合金属氧化物催化剂（0.4表示

3、Cr/(Cr+Ce)的摩尔比为0.4，500表示焙烧温度为500oC，SR表示制备方法为固相法）。通过对系列催化剂进行系统表征并利用原位漫反射傅里叶红外变换光谱技术，探讨了其NH3-SCR反应过程与机理，并对其表现出的优良耐硫性能进行了解释。本文对Cr-CeOx系列复合金属氧化物催化剂进行系统研究时，发现Cr(0.4)-CeOx(SR)(500)催化剂在180-300oC的整个温度段展示了最佳的中低温脱硝活性，当空速为GHSV=50000h-1时，在180-300oC的整个温度段展示了最佳的中低温脱硝活性，当空速为GHSV=5000

4、0h-1时，在180-300oC整个温度段，催化活性保持在90%以上，在温度为220oC时，NOx转化率达到最高的100%；利用BET、XRD、NH3-TPD、H2-TPR、XPS和insituDRIFTS等表征手段对催化剂进行表征，结果表明在Cr-CeOx双金属氧化物表面，未结晶的铬有助于催化剂的活性，能更有效的去除NOx；在对反应机理的进行研究时，发现催化剂表面同时存在Lewis以及Brønsted酸性位，吸附的NH3(ad)与NH4+均能参与反应，反应遵循Eley-Rideal机理。同时，本论文对Cr-CeOx催化剂的抗硫性能

5、进行了研究。发现在反应温度为240oC，GHSV=50000h-1等条件下，在原烟气条件下通入100ppmSO2后反应450min，催化活性仍能保持在82%以上；利用BET、XRD、NH3-TPD、XPS、insituI···DRIFTS等表征手段对SO2对催化反应的影响以及催化剂的耐硫性能进行了研究，发现SO2在NH3-SCR反应中会与NH3反应生成(NH4)2SO4并在催化剂表面沉积；同时也会破坏Cr-CeOx催化剂表面的Lewis酸性位，这些都是导致催化剂活性下降的重要原因；而铈的存在能降低硫酸铵盐的热稳定性，有助于催化剂的抗

6、硫性。关键词：铬铈复合氧化物；氮氧化物；中低温SCR反应机理；氨；耐硫性II···AbstractAccordingtostatisticsin2014，thereareabout94,000industrialstoves,suchasceramickilnandglassfurnace,isoneofthemainsourcesofnitrogenoxides(NOx)emissions,about4milliontons/year.Selectivecatalyticreduction(SCR)iswidelyusedforr

7、emovalofNOx.ThecharacteristicsofindustrialkilnfluegasarethehighconcentrationofSO2andNOx,andlowgastemperature(200-300oC).Whereas,thetraditionalSCRdenitrificationcatalyst’soperatingtemperatureisusuallyhigh(about300-450oC),andwithanarrowtemperaturewindow,thatmakesitnotapp

8、ropriatefordenitrificationconditionofindustrialkilnfluegas.Withaneyetothesituationthatlackofindustrialkilnfluegasdeni