稀土精矿除杂及其NH3-SCR脱硝性能研究

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化石燃料的大量使用造成的大气污染日益严重。其中氮氧化物(NOX)是主要的大气污染物之一。选择性催化还原(SCR)是NOX排放控制的主流技术,催化剂是该技术的核心和关键。目前工业应用的钒钛类SCR催化剂存在诸多不足之处。所以开发新型催化材料成为该领域的研究热点。以稀土氧化物为主要活性组分的催化剂制备成本较高,工艺复杂,难以广泛性应用。本工作利用稀土精矿直接制备NH3-SCR催化剂,避免了复杂的提取再制备的过程。本文利用酸浸和加碱焙烧的方式对稀土精矿进行除杂制备催化剂的活性粉体。在提高稀土元素和过渡金属含量百分比的同时并对稀土表面进行修饰。以达到利用天然矿物中多种金属的协同作用实现对NOX脱除的目的。本文在利用醋酸酸浸、氢氟酸酸浸、加碱焙烧等方法对稀土精矿进行修饰,旨在将稀土精矿中的铈、铁、镧等元素暴露在稀土精矿表面。利用XRF、XRD、SEM、BET观察精矿矿相及精矿表面的发生的矿相结构及稀土精矿表面的变化;利用NH3-TPD、NO-TPD及活性测试对稀土精矿制备的催化剂的性能进行了验证;利用XPS对暴露在精矿表面的活性元素进行了验证。结果表明:(1)处理后稀土精矿活性成分得以暴露在活性粉体表面,Ce7O12活性组分在活性粉体表面结晶度减小,铈、铁、镧等多种金属氧化物的催化还原效果得到了明显提升;(2)制备成型后的活性粉体表面形成粗糙的表面包裹物,使得其比表面积增大,经过碱酸焙烧处理后的活性粉体比表面积增大,表面空隙变小,有利于气体吸附及催化反应;酸、碱、酸碱共处理对催化剂氧化还原性、NH3与NO吸附特性均有重要影响,碱酸共处理制备的活性粉体的综合性能相对较好;(3)活性粉体的表面活性组分主要是Ce,且以Ce(Ⅲ)、Ce(Ⅳ)形式共同存在;次之为Fe以Fe(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)两种价态同时存在,Fe(Ⅲ)的成分较多;醋酸、氢氟酸及加碱焙烧三种方法联合处理后,稀土精矿的催化活性体现出联合协同作用;(4)酸碱处理后的稀土精矿制备的活性粉体在反应温度为400℃,在混合气为NO含量为600 ppm,NH3:NO=1:1.5,O2浓度为3%时,脱硝效率达87.4%。
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