γ-Al2O3球磨修饰稀土尾矿NH3-SCR脱硝特性研究

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随着生产的发展,NOx已经在我国造成严重的环境问题,其中以酸雨和光化学烟雾为主要污染物,氮氧化物的排放已经成为一个日益严重的问题。目前,主要脱硝技术有选择性催化还原技术(SCR)和选择性非催化还原技术(SNCR)。其中以NH3为还原剂的NH3-SCR技术具有结构装置简单,无二次污染,无副产物,脱硝率高等优点,所以NH3-SCR技术成为工业应用的主流脱硝技术。白云鄂博稀土尾矿富含催化剂所需的多种具有良好的催化活性(Fe、Mn和Re)的金属氧化物,这一条件使得稀土尾矿作为天然催化剂成为了可能,本文采用立式管式炉和傅里叶红外烟气分析仪的脱硝活性测试平台。考察不同的拟薄水铝石添加比例(15%、35%、50%、65%、80%)、通过不同球磨时间(1h、2h、3h、4h)进行混合、制备不同催化剂粒径(10目、20目、40目)、改变不同空速(50000h-1、20000h-1、10000h-1、8000h-1、5000h-1)、通入不同氧含量(3%、4%、5%)对脱硝活性的影响,分别在不同温度(100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃)下进行脱硝活性实验。然后通过XRD、SEM、H2-TPR、NH3-TPD、XPS、BET等表征手段探究稀土尾矿脱硝性能与其结构之间的关系以及脱硝机理研究。主要结论如下:通过催化剂脱硝性能的研究发现:1000目的γ-Al2O3通过球磨方式修饰200目的稀土尾矿最佳工况为γ-Al2O3的最佳添加量为50%,γ-Al2O3与稀土尾矿的最佳球磨时间2h,最佳的催化剂粒径为20目,而操作参数也对脱硝性能有一定影响,最佳的空速为8000h-1,最优的氧含量为4vol%。SEM结果表明γ-Al2O3在样品表面高度分散,γ-Al2O3添加量过多(65%、80%)时,γ-Al2O3在矿物表面团聚分散度较差,团聚现象不利于脱硝的进行。球磨的方式使活性物质和酸性位的分散性更好,这有利于脱硝活性的提高。比表面积表明添加γ-Al2O3使催化剂比表面积增大,孔隙结构增多,增加反应物与催化剂的接触时间,减小了气体的内外扩散阻力,从而提高催化活性。NH3-TPD表明添加γ-Al2O3使催化剂表面酸性位点增多,并且吸附量增多。H2-TPR和XPS表明因通过球磨方式添加γ-Al2O3提高催化剂的吸附氧能力,对脱硝活性起到促进的作用,球磨也会使催化剂表面活性物质(Fe、Ce)更分散,催化剂还原能力增强,催化剂存在Fe3+还原为Fe2+和Ce4+还原为Ce3+,Fe3+/Fe2+,Ce4+/Ce3+之间进行电子转移有利于催化反应。
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