稀土精矿的酸化及其负载金属化合物的NH3-SCR性能研究

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随着工业化发展,全球大气污染问题依然严重,我国NOx、SO2等污染物排放问题依旧严峻,已经成为影响生态环境与生活质量和谐发展的重要因素。由此可知,对于NOx消除与治理的重要性与日俱增,催化脱硝是NOx减排的有效手段,其中以氨气为脱硝剂的选择性催化还原技术(NH3-SCR)是目前最广泛应用的烟气脱硝技术,借助催化剂可使NOx脱硝率达80~90%以上。目前,商业上最常用的是钒基催化剂,但其活性组分V2O5价格昂贵且抗水抗硫能力不强易造成二次污染。因此,研制一种绿色、高效、稳定的催化剂成为一项紧急迫切的任务。首先,通过球磨硫酸酸浸对稀土精矿进行改性处理使矿物表面的酸性位点增多酸性增强,SO42-离子的引入对活性组分的结构、氧化还原循环等性能都产生积极影响;机械活化可以使固体内部处于不稳定状态,使颗粒细化产生晶格畸变。经过适当的球磨酸浸处理之后,矿物比表面积增大至20.2 m~2/g、孔隙增多并暴露出矿物中被包裹的活性物质,增加反应场所和活性位点,脱硝效率最大59%。在此基础上,又分别引入过渡金属Fe和过渡金属Cu、Fe双金属联合负载修饰矿物,发现含Fe物种的催化剂活性区间一般体现在中高温度段,随着Fe物种的引入,催化剂样品的比表面积增大至30.7 m~2/g、金属氧化物的分散度更强等优点;而Cu物种对催化剂的脱硝活性窗口,一般集中表现在中低温度区间,并拥有优异的脱硝活性和N2选择性、以及优良的抗水抗硫等性能。通过水热法负载Cu、Fe双金属之后,XPS结果显示Fe2+含量55.7%,Cu2+含量53%,发现Cu物种没有抑制Fe物种生成氧化物和分散度;矿物比表面积增大至45.6 m~2/g,但Cu物种部分附着在孔洞之中导致孔体积有所减小;SEM结果表明矿物中被包裹的活性物质暴露出来更多,并使得活性物质分散更均匀,增加弱酸活性位点。稀土精矿经过酸化改性后,记为Cu:Fe 0.75:1的样品,NOx转化效率最高,在300℃达到96%,相比原矿提高了77%,并且脱硝活性窗口前移并拓宽至275~400℃。综上,通过球磨硫酸酸化改性稀土精矿并负载Cu、Fe双金属制备一种新的脱硝催化剂。与纯物质催化剂相比,该矿物催化剂活性组分更丰富制备工艺简单,并对催化剂制备参数条件进行优化,为白云鄂博稀土矿物制备低温高效的新型脱硝催化剂提供理论基础。
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