论文部分内容阅读
随着经济的快速发展,以化石燃料燃烧为代表的固定源和以机动车为代表的移动源所导致的氮氧化物污染问题愈发严重。目前,氨选择性催化还原技术是具经济效益的氮氧化物控制技术,该技术的核心是脱硝催化剂的设计与合成。V2O5-WO3（Mo O3）/Ti O2是目前应用最为广泛的商用脱硝催化剂,但其仍然存在活性温度高、活性窗口窄、选择性较差等缺点。提升现有催化剂对烟气中存在的二氧化硫及碱金属的耐受性,延长其在实际工况下的使用寿命,亦是脱硝催化剂研发中需要考虑的关键问题。因此,设计开发具有优异低温活性、宽活性窗口、高抗性的新型脱硝催化剂,并深入探索其反应机理、中毒与抗中毒机制具有重要的意义。本论文首先从构效关系出发,设计具有特定形貌及优异低温活性的新型铁基脱硝催化剂,并通过原位红外技术探索其反应机理。之后,我们探究催化剂中活性物种间的不同界面对催化剂抗钾性能的影响。最后,我们研究了载体效应对催化剂性能的影响。本文工作简要概括如下:（1）我们设计制备了一种以金属有机框架（MOF）为前驱体的新型锰铁复合氧化物基整体式脱硝催化剂,并将其与传统尿素辅助法制备的Mn-Fe脱硝催化剂进行系统性比较。结果表明,以MOF为前驱体制备的催化剂具有更好的低温脱硝活性。其根本原因在于:以MOF为前驱体衍生的锰-铁复合氧化物固溶体中,活性物种（氧化锰,氧化铁）间的强相互作用,促进Mn4+和Oɑ的形成。催化剂氧化还原性的增强促进了NO2物质的生成,从而实现了“Fast-SCR过程”。此外,弱酸位点和表面Fe3+-OH的增加有利于反应过程中NH3的吸附和活性中间物种NH2的生成。鉴于MOF材料的丰富性及合成方法的普适性,本项工作可以为后期设计新型铁基低温脱硝催化剂提供新的思路。（2）我们分别采用共沉淀、浸渍法和物理混合法制备对应具有不同Fe2O3-Fe VO4界面的脱硝催化剂。研究表明,不同制备方法对催化剂的催化活性并没有太大的影响,但是,值得指出的是不同制备方法对催化剂抗碱金属（以钾作为指正）性能影响较大。用浸渍法和物理混合法制备的催化剂在1%K中毒之后活性出现明显的失活现象。但用共沉淀法制备的催化剂在钾中毒后依然保有较宽的活性温度窗口（180-360°C,氮氧化物转化率>90%）。此外,我们通过NH3-TPD、H2-TPR、Raman、in situ DRIFTs等表征探索目标催化剂的反应机理及其抗钾作用机制。研究发现,共沉淀制备的催化剂不仅具有更多的酸位点、更强的氧化还原性。更为重要的是,该催化剂内部具有大量的碱捕获位点,以抑制钾物种对表面活性组分的毒化作用。这项工作通过研究活性组分间的界面效应对催化剂抗钾性能的影响为后期设计高抗碱脱硝催化剂提供新的思路。（3）我们用四种不同载体负载Fe VO4制备Fe VO4/M（M=Ti O2、Al2O3、Ti O2和Si O2）脱硝催化剂。通过系统比较四种催化剂在活性、酸性和氧化还原性上差异研究活性组分与载体间的不同界面对催化剂性能的影响。结果表明,当活性组分负载量为10%时,采用Ti O2做载体的催化剂具有最好的活性。其在210°C条件下就能达到90%的NO转化率。同时在210-360°C温度窗口都能保持90%以上的NO转换率。研究表明其优异的催化活性来源于其表面更丰富的酸位点和更强的氧化还原性。本项工作通过探索催化剂中活性组分与载体间的相互作用对催化剂活性的影响,可以为后期设计新型脱硝催化剂提供新的思路。