论文部分内容阅读
随着我国国民经济的持续快速增长,煤炭利用过程中产生的NOX排放总量逐渐上升,由此引发的大气污染问题严重影响了人类健康和生态环境。为了有效控制NOX排放,本课题研发了一种脱除效率高、稳定运行时间长、成本低的低温锰基脱硝催化剂。本论文采用不同炭基材料既作载体又作还原剂,通过浸渍法负载改性锰基金属氧化物制备所得催化剂,通过植入Fe、K、Cu、Ce不同金属,在模拟烟气气氛下,利用固定床反应器对低温(250℃)条件下NO催化还原机理进行了研究。实验分析了不同价态锰离子间转换、电子传递作用、气相氧、晶格氧(空穴)、NO需电子反应以及不同金属离子掺杂和载体类型等因素对催化剂催化性能的影响;并阐述了高浓度CO对催化剂失活的影响。通过不同表征手段对脱硝前后的催化剂进行表征,包括X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶红外仪(FT-IR),对脱硝前后锰氧化物的晶体结构变化、表面形貌结构以及表面官能团的分布进行了分析。结果表明,活性氧(O*)在脱硝反应中占据着重要作用,其来源一方面是由MnOX自身所携带的晶格氧以及气相氧进入氧空穴通过捕获自由电子后形成晶格氧,另一方面由于添加金属氧化物引入晶格氧。NO还原是需电子反应,即首先在催化剂表面发生吸附解离后,氧原子(O)进入氧空穴补充晶格氧,在还原剂C、电子传递、氧空位作用下最终形成N2和CO2,而气相氧不与CO反应。研究得出高浓度CO覆盖度下导致氧空穴被深度还原是催化剂失活的重要原因。由XRD分析结果得出:催化剂脱硝前后主活性组分基本不变,说明金属氧化物在脱硝过程中主要起催化作用。SEM分析结果得出生物质活性炭存在丰富发达的孔道结构,一方面有利于金属活性组分均匀分散,提供更多活性位点;另一方面有利于脱硝剂对NO的吸附。FT-IR检测发现:羧基官能团在脱硝反应中起到了活性中心的作用。脱硝剂脱硝后期内部发生晶格畸变,进而影响到O*的再生能力,最终导致催化剂脱硝效率下降。最后总结得出,C为还原剂锰基催化剂低温脱硝反应机理,发现L-H、MvK机理同时存在,并且MvK机理占据主导地位。