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氮氧化物(NOx)是一类重要的大气污染物,在全球范围内导致了严重的环境问题,引起了世界各国的广泛关注。随着我国经济社会的高速发展,化石能源的消耗大幅增长,导致NOx的排放量大幅提升。面对严峻的脱硝形势,我国相继出台了一系列法律法规和政策标准,对脱硝技术提出了新的、更严格的要求。鉴于传统的选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)法催化剂活性范围窄、制造成本高、易失活;烟气需要再加热、能源消耗高;运行过程中存在还原剂氨逸散等潜在环境问题,开发一种新型低温、廉价和绿色的脱硝技术势在必行。一氧化氮(NO)催化氧化(NO Catalytic Oxidation,NOCO)与碱液吸收相耦合的方法,因无需外加氧化剂、不易造成二次污染而表现出了良好的应用潜力。本文通过在活性炭(Activated Carbon,AC)上负载锰氧化物(MnOx)制备出了一种新型低温NOCO材料——负载MnOx的AC(MnOx-Loaded AC,MLAC),通过扫描电子显微镜、X射线能谱、X射线衍射、透射电子显微镜、N2吸脱附、NO程序升温脱附、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等表征手段和低温NOCO活性测试,探究了制备条件和催化氧化反应条件对MLAC低温NOCO性能的影响以及MLAC低温NOCO的机理,为实际应用奠定理论基础。取得的主要研究结果如下: (1)采用共沉淀法成功制备出MLAC,研究了热处理温度、KMnO4/Mn(NO3)2、pH值、MnOx含量和负载方法等制备条件对MLAC低温NOCO性能的影响。结果表明,热处理温度对MLAC的形貌和晶型影响并不明显,但却可以显著改变 MLAC的活性。随着热处理温度的升高,MLAC的活性呈现降低的趋势,最适的热处理温度应为200℃。KMnO4/Mn(NO3)2的调节可以带来MLAC形貌和活性的重要变化。当KMnO4/Mn(NO3)2为20∶3时,MnOx表现为无序堆叠的小棒,所得到的MLAC活性最高。pH值的升高使MnOx由致密的颗粒状向松散的针叶状过渡,减少MnCO3生成,提高MLAC的活性。共沉淀耦合水热法在酸性条件下具有提高MLAC活性的潜力。随着MnOx负载量增大,MLAC的活性呈现先升高、后降低的趋势,且MnOx负载量为7.5w.t.%的MLAC003活性最高,为38.7%。 (2)以MLAC003为研究重点,考察了NO浓度、O2浓度、反应温度和空速等催化氧化反应条件的变化对MLAC低温NOCO性能的影响,结果表明:NO浓度的升高导致活性升高,并在NO浓度为1000ppm时取得最大值;NO转化率与NO浓度的关系符合Freundlich模型,说明AC表面和MnOx表面均参与NO的吸附。O2浓度的升高导致活性先升高、后稳定,并在O2浓度为20vol.%时取得最大值;NO转化率与O2浓度的关系符合Langmuir模型,说明仅有MnOx表面参与O2吸附。反应温度的升高使得NO难以被AC表面捕集,引起活性的降低;负载MnOx可以减轻温度升高对MLAC活性的影响程度。空速的升高将导致总NO转化率降低,但单位质量MLAC的NO转化率则升高,原因可能是空速降低时床层升高从而变得不稳定。反应时间不断增长的过程中,MLAC003的NO转化率呈现先升高、后长期稳定的趋势,表现出良好的长效脱硝潜力。 (3)对不同MnOx负载量的MLAC(MLAC003和MLAC005)以及使用前后的MLAC(MLAC003和MLAC003used)进行NO-TPD、FT-IR和XPS表征,结果表明MnOx的负载对AC吸附NO有促进作用。在NOCO过程初期,随着MLAC表面被氧化,导致MLAC003表面氧化程度的提升,直至稳定,最终表现出持续稳定的NOCO性能。Mn4+比Mn3+具有更高的NOCO活性,MLAC低温NOCO的能力与Mn4+/Mn3+密切相关;Mn4+/Mn3+比值越高,低温NOCO的能力越强。MLAC表面的O物质大多为晶格O,在NOCO过程中与NO结合生成中间产物O-NO。AC在MLAC低温NOCO中的主要功能包括吸附剂、催化剂和载体三部分,MnOx在NOCO中则发挥辅助催化剂的作用;MLAC低温NOCO的内在机制为晶格O传递:气态O2吸附后以晶格O的形式经MnOx转移至-NO中生成-NO2,脱附生成NO2。AC对NO的吸脱附浓缩作用和MnOx晶格O的传递效应是MLAC具有持久NOCO性能的来源。