文档介绍：湘潭大学
博士学位论文
新型锰基钒基低温选择性催化还原NO<,x>催化剂研究
姓名:黄妍
申请学位级别:博士
专业:化学工程
指导教师:童志权
20081110
摘要
NOx是大气的重要污染物,主要来源于高温燃烧和工业生产过程,其中固定源占
%。氨选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,NH3-SCR)是目前最有效的脱除
固定源NOx的方法。研究如何在低温下(<200℃)实现SCR工艺,以避免现有商用催化
剂高温操作(>350℃)所必需对烟(废)气进行预热的大量能耗,并与我国现有的省煤
器、空气预热器和锅炉组装为一体的锅炉系统相匹配,具有重要意义。本论文重点开展
了低温锰基和钒基NH3-SCR催化剂的研制,通过筛选活性组分和优化制备条件,研制出
新型的Mn-Fe-Ce/TiO2催化剂、Mn-Ce/TiO2-SiO2(TS)催化剂和V-Ce/TiO2催化剂,并通
过XRD、XPS、TPR、TPD、FTIR等多种表征手段对Mn-Fe-Ce/TiO2催化剂在H2O和SO2存
在条件下的失活机理进行了深入研究。取得的主要研究成果如下:
研制的Mn-Fe-Ce/TiO2催化剂具有良好的低温活性和稳定性,在 120℃下,1500min
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的连续SCR实验中,Mn-Fe-Ce/TiO2在空速 5000h 和 10000 h 下的NO转化率分别始终保
持在 %和 %以上。而且还具有优越的抗H2O毒化性能,120℃、通入 10%水汽的
9h时间内,Mn-Fe-Ce/TiO2催化剂的活性几乎没有受影响,NO 转化率仅从 98%降至 96
%左右,并始终保持在此高水平。停止通水汽后,微小降低的活性可完全恢复。该催化
剂是目前文献报道中低温下抗水性能最好的SCR催化剂,有望应用于基本不含SO2的燃
气锅炉烟气和不含SO2的硝酸尾气以及其它工业NOx废气的低温脱硝。
深入研究了Mn-Fe-Ce/TiO2催化剂在SO2存在和H2O与SO2共存时的失活机理,结果
2-
表明还原剂NH3与催化剂表面SO2氧化形成的SO4 反应生成的(NH4)2SO4和NH4HSO4是
造成催化剂失活的主要物质,催化剂在反应温度下对SO2的催化氧化能力决定了其抗SO2
毒化性能,H2O的存在对锰氧化物催化氧化SO2有促进;而催化剂的酸性对其在H2O存在
时的活性有很大影响。因此在保证一定NOx催化活性基础上,如何通过调控催化剂的氧
化还原性能和酸性,抑制SO2的氧化,是改善催化剂抗SO2中毒性能的关键。
Mn-Ce/TS催化剂具有良好的低温抗H2O和同时抗SO2、H2O毒化性能,较TiO2负载
相同组分的催化剂有了明显改善,而进一步添加助剂Fe、Cu,却使活性和抗毒化性能下
降,三种催化剂抗水和抗水、硫中毒性能依次为Mn-Ce/TS> Mn-Cu-Ce/TS>Mn-Fe-Ce/TS。
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研制的V-Ce/TiO2催化剂具有良好的低温催化还原NO活性,空速为 10000h ,165℃
时NO转化率达 %。低焙烧温度(500℃以下)时添加的Ce不与V相互作用,在催化
剂表面主要以CeO2形式存在,有利于增大催化剂比表面积,增强V2O5在催化剂上的分
散度,提高催化活性。

关键词:氮氧化物;锰氧化物;钒氧化物;选择性催化还原;低温
Abstract
Nitrogen oxides (NOx) remain a major cause for air pollution. Nearly % of NOx
derive from stationary sources such as coal-fired power plant and chemical processes. At
present, selective catalytic reduction (SCR) of NO with NH3 is one of the most efficient
methods for reducing nitrogen oxide emissions from stationary sources. The industrial
catalyst is usually placed between the economizer and the preheater where the typical
operation temperature is 300-400℃. But in China it is difficult to apply the catal