碱(土)金属对Ce基催化剂SCR烟气脱硝性能的影响研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wisdom_chen
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氮氧化物(NOx)是最主要的大气污染物之一。目前世界上最广泛、高效的脱除氮氧化物技术是选择性催化还原(SCR)技术。其技术核心是SCR催化剂,它是影响SCR技术整体脱硝效率关键因素之一。环境友好型Ce基催化剂因为其高活性、宽温度窗口受到学者们的关注。我国烟道气中的飞灰成分复杂,含有大量碱金属和碱土金属。为了实现Ce基SCR催化剂工业化应用,有必要对Ce基SCR催化剂的碱(土)金属适应性展开研究。因此,本文针对以上问题以Ce基催化剂为对象,通过实验和密度泛函理论研究烟气中不同形态碱(土)金属对Ce基催化剂脱硝性能的影响,主要研究内容如下:1.研究不同形态碱金属(K、Na)对Ce基催化剂NO还原能力影响规律,发现CeO2/TiO2和CeO2-MoO3/TiO2催化剂脱硝活性均出现不同程度的抑制现象,对于CeO2/TiO2催化剂,其活性抑制大小顺序分别为K2O>K2SO4>KCl和Na2O>Na2SO4>NaCl;对于CeO2-MoO3/TiO2催化剂,其活性影响大小顺序分别为K2O>KCl>K2SO4和Na2O>Na2SO4>NaCl。其主要原因为碱金属能够减小催化剂的比表面积,碱金属与Ce发生相互作用破坏活性成分CeO2的高分散形态,降低表面Ce3+和化学吸附氧浓度,削弱表面酸性位数量及强度,减弱氧化还原能力,从而抑制SCR脱硝反应的进行。2.研究碱土金属CaO对Ce基催化剂的脱硝活性影响规律,发现CaO对Ce基催化剂脱硝活性产生一定的抑制作用,抑制效果不如碱金属(K、Na)。其原因是由于Ca能减小催化剂的比表面积和总孔容,同时锐钛矿向热稳定性更高的金红石转化,在负载一定量Ca时,Ca与Ti发生相互作用生成钙钛矿,对于CeO2-MoO3/TiO2催化剂还会生成钼酸钙。同时降低催化剂表面Ce3+和化学吸附氧浓度、氧化还原能力和表面酸性位数量及强度,抑制SCR脱硝活性。3.利用密度泛函理论(DFT)在原子层面探索碱(土)金属对Ce基催化剂的影响机制。研究发现,CeO2/TiO2催化剂上的脱硝反应机理是Eley-Rideal机理。Na、K和Ca负载结合在Ce附近的Br?nsted酸位上,改变催化剂表面结构并削弱Ce与O的相互作用,阻碍氧空位和Br?nsted酸位的形成,导致催化剂还原性减弱。同时抑制催化剂表面的NH3吸附能力,导致催化剂的NH3-SCR脱硝活性变差。
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