【摘 要】
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氰化氢(HCN)是一种典型的非常规大气污染物,具有易燃性和剧毒性。许多工业生产过程以及含氮物质的加工过程中均会产生氰化氢气体,废气中氰化氢的存在不仅会制约工业废气的资源化利用、影响其他污染物的净化,还会对生态环境造成严重的破坏。本文基于国内外氰化氢净化的研究现状以及实际工业应用上对于优化工艺段与节能减排的需求,开展了低温下催化水解与氧化氰化氢的研究。本文通过溶胶凝胶法制备了一系列以二氧化钛为载体的
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氰化氢(HCN)是一种典型的非常规大气污染物,具有易燃性和剧毒性。许多工业生产过程以及含氮物质的加工过程中均会产生氰化氢气体,废气中氰化氢的存在不仅会制约工业废气的资源化利用、影响其他污染物的净化,还会对生态环境造成严重的破坏。本文基于国内外氰化氢净化的研究现状以及实际工业应用上对于优化工艺段与节能减排的需求,开展了低温下催化水解与氧化氰化氢的研究。本文通过溶胶凝胶法制备了一系列以二氧化钛为载体的双金属活性组分催化剂应用于催化水解与氧化HCN。实验结果表明,La-Cu/TiO2催化剂具有最佳的HCN催化活性。实验进一步对催化剂中La/Cu的配比进行优化,发现少量的La2O3能显著地提高催化活性。La1Cu9/TiO2催化剂催化水解与氧化HCN的转化率最高,在100℃的低温下HCN的转化率达到60.22%,并且在150℃时HCN的转化率和N2的选择性分别高达100%和62.24%。450℃的条件下焙烧的催化剂具有最高的HCN催化活性和最优的微观结构。此外,反应温度、溶胶凝胶法制备催化剂过程中的操作参数对HCN的催化活性也有较大的影响。为了探究溶胶凝胶法制备催化剂的过程中溶胶的pH对La-Cu/TiO2催化剂催化HCN活性的影响,本文在不同pH条件下分别制备了pH为2、4、6、7、8、10和12的La-Cu/TiO2催化剂。活性实验的结果表明,pH为10的催化剂的催化活性最好,而pH为4的催化剂的活性与pH为10的活性十分接近。中性条件下的催化剂的活性最差。本文主要通过N2吸附-脱附(N2-BET)、X射线衍(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H2-TPR)、程序升温脱附(CO2/NH3-TPD)和傅里叶红外光谱(FT-IR)表征技术对催化剂的微观结构如孔结构和晶型,以及表面物理与化学性质进行表征,并结合NH3-SCR实验结果与表征结果对反应过程以及机理进行研究。根据H2-TPR和XPS的结论,向Cu/TiO2催化剂中添加少量的La2O3,使之与Cu氧化物之间形成了强烈的相互作用,这种相互作用形成了丰富的氧空穴,因而促进活性组分在催化剂上的高度分散以及提高了La1Cu9/TiO2催化剂的氧化还原性。并且少量的La2O3提高了催化剂表面的总酸度,使催化剂在更低的温度具有更多的中强酸性位点。这也是低温下HCN转化率和N2选择性较高的原因。溶胶凝胶法制备催化剂的过程中pH对钛酸四丁酯的水解以及缩聚过程有明显的影响,从而影响La-Cu/TiO2催化剂的微观结构和化学性质。pH=10和4的催化剂具有更强的低温氧化还原性,最优的微观孔结构和最佳的晶型组合(锐钛矿和金红石)。此外,pH=10的催化剂的强酸性位点的分布最多。NH3-SCR实验结果表明La-Cu/TiO2催化剂具有较好的低温选择性催化还原NOx的效果,并且产物中N2一部分来源于NH3-SCR的反应过程。
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