TixSn1-xO2负载铜-铁金属氧化物复合催化剂的脱硝性能及抗硫活性研究

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化石燃料燃烧产生的大量氮氧化物(NOx)严重威胁着大气环境和人体健康。选择性催化还原技术(SCR)可有效的脱除富氧条件下的NOx。钒基催化剂是广泛使用的商业SCR催化剂,但其存在工作温度高、毒性高、载体热稳定性较差的缺点。本文以共沉淀法制备了结构稳定的金红石相钛-锡复合氧化物(TixSn1-xO2),以CuOx和FeOx为活性组分,采用浸渍法合成系列负载型Cu-Fe-Ox/TixSn1-xO2 SCR催化剂。系统表征催化剂结构,探究过渡金属活性组份对Cu-Fe-Ox/TixSn1-xO2催化剂的NH3-SCR反应活性和抗硫性能的影响。采用硫酸浸渍法制备磺化的Ti0.67Sn0.33O2(SO42--Ti0.67Sn0.33O2)载体并负载活性Cu-Fe-Ox组份,系统考察磺化过程对催化剂结构与脱硝性能的关联。本文主要研究内容如下:(1)采用共沉淀法制备金红石相钛-锡复合氧化物。优化载体制备条件,在最优条件下合成TixSn1-xO2(x=0.25、0.33、0.5、0.67和0.75)载体,并采用浸渍法负载10 wt.%、Cu:Fe投料摩尔比为2:1活性组份CuOx和FeOy,得到系列Cu2-Fe1/TixSn1-xO2催化剂。考察载体Ti:Sn投料比对Cu2-Fe1/TixSn1-xO2催化剂的NH3-SCR反应活性的影响,其中Cu2-Fe1/Ti0.67Sn0.33O2在NO浓度700 ppm、NH3浓度700 ppm、O2浓度6%、温度350℃、空速140000 h-1的反应条件下给出了最高的NO转化率86.3%。(2)以活性最佳的Ti0.67Sn0.33O2为载体,采用浸渍法制备系列活性组分负载量为10 wt.%的Cu-Fe-Ox/Ti0.67Sn0.33O2催化剂。考察Cu:Fe的投料摩尔比对催化剂的NH3-SCR反应活性的影响。类似反应条件下,NOx转化率随着Cu:Fe投料摩尔比的增大而升高,Cu3-Fe1/Ti0.67Sn0.33O2在300℃下的NOx转化率最高,为91.3%,随后向反应体系通入100 ppm SO2,Cu3-Fe1/Ti0.67Sn0.33O2的NOx转化率下降至82%,停止通入SO2后其NOx转化率回升至88.7%。载体适宜的Ti、Sn组成促进活性组份CuOx和FeOy间相互作用,提高了Cu3-Fe1/Ti0.67Sn0.33O2的总酸量、酸强度和表面吸附氧浓度,因而具有最高的NH3-SCR反应活性和强的抗硫性能。(3)以硫酸的磺化的Ti0.67Sn0.33O2(SO42--Ti0.67Sn0.33O2)为载体,采用浸渍法负载10 wt.%、Cu:Fe投料摩尔比为3:1的活性组分,得到系列Cu3-Fe1/ySO42--Ti0.67Sn0.33O2(y为硫酸浓度,y=0.2、0.4、0.6和0.8 mol/L)催化剂,研究其NH3-SCR反应活性和抗硫性。随着硫酸浓度的增加,Cu3-Fe1/ySO42--Ti0.67Sn0.33O2系列催化剂的NOx转化率先增大后减小,Cu3-Fe1/0.6SO42--Ti0.67Sn0.33O2表现出最高的SCR反应活性,250℃和300℃时NOx转化率分别为83.1%和93.2%,与未磺化的Cu3-Fe1/Ti0.67Sn0.33O2相比,相同反应温度下NOx转化率分别提高了8.8%和1.1%。100 ppm SO2存在条件下,Cu3-Fe1/0.6SO42--Ti0.67Sn0.33O2的NOx转化率为85%,与磺化前相比提高了3%。Cu3-Fe1/0.6SO42--Ti0.67Sn0.33O2较优的NH3-SCR反应活性和抗硫性归因为更强的表面酸性和和表面吸附氧浓度。
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