SCR脫硝動力學及催化劑表面SO2中毒機制.pdf

1、氮氧化物(NOx)是全球性的大氣污染物之一，煙氣脫硝選擇性催化還原技術(簡稱SCR技術)被認為是脫除固定源和移動源NOx的有效方法。近年來低溫SCR技術由于其裝置的結構簡單、脫硝效率較高，而且運行可靠、方便維護等優(yōu)點受到了眾多國內外學者的關注。然而，就目前的研究現(xiàn)狀來看，催化劑低溫范圍內活性不高，動力學機理和SO2中毒機理不明確是SCR技術實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化的瓶頸，因此，本文對負載型催化劑的動力學過程和SO2中毒機制進行了較為系統(tǒng)的研究。

2、
　　本論文采用TiO2為載體，浸漬法制備了催化劑V-W-Mn-Cu-Ce/TiO2，通過脫硝活性測試，研究了溫度、O2濃度和[NH3]/[NO]的摩爾比值三種操作參數對催化劑脫硝性能的影響，結果顯示，脫硝活性變化隨溫度升高而變大，350℃以后基本保持在95％左右。[NH3]/[NO]<1.1時，催化劑NO的轉化率隨著比值的增加而增大；當[NH3]/[NO]≥1.1時，脫硝活性基本保持不變。當O2<4%時，催化劑脫硝活性隨著氧濃度

3、的增加而增大，當濃度超過4%以后，NO轉化率趨于穩(wěn)定。用經驗法計算得出催化劑的本征動力學參數及相應動力學方程表達式，采用瞬態(tài)響應技術分析得出催化劑V-W-Mn-Cu-Ce/TiO2上進行的NH3-SCR反應符合Eley-Rideal機理，即強吸附態(tài)的NH3與氣相或微弱吸附態(tài)的NO發(fā)生NH3-SCR反應。
　　在此基礎上，采用相同方法制備催化劑Mn-Ce/TiO2、Cu-Ce/TiO2、Mn-Cu-Ce/TiO2，根據脫硝活性測試得

4、到動力學參數(A和Ea)大小順序：Mn(0.2)-Ce/TiO2>Mn(0.5)-Ce/TiO2> Mn(0.4)-Ce/TiO2> Mn(0.3)-Ce/TiO2； Cu(0.1)-Ce/TiO2>Cu(0.4)-Ce/TiO2> Cu(0.3)-Ce/TiO2> Cu(0.2)-Ce/TiO2； Mn(0.2)-Cu(0.2)-Ce/TiO2>Mn(0.1)-Cu(0.3)-Ce/TiO2>Mn(0.3)-Cu(0.1)-Ce/Ti

5、O2。并通過XRD、NH3-TPD、TPR比較并分析了三類催化劑的表面性能與脫硝性能之間的關系。
　　此外，本文還系統(tǒng)的探究了SO2在低溫條件下對催化劑V-W-Mn-Cu-Ce/TiO2的影響(脫硝活性在4小時內從85%下降至50%以下)及原因(表面沉積了硫銨鹽和金屬硫酸鹽)。同時，對影響催化劑中毒的SO2吸附情況、吸附轉化率、H2O、溫度、催化組分等因素進行了討論，結果表明，SO2在四類催化劑表面均有不同程度的吸附，多組分催化劑

6、更容易吸附SO2，且結合物的生成量也較多；催化劑V-W-Mn-Cu-Ce/TiO2在低溫下具有較低的SO2吸附轉化率，活性組分Mn可以有效降低SO2在200~350℃范圍內的吸附轉化率。H2O可導致催化劑表面致毒物質生成量增加，增加量大小順序為：Cu-Ce/TiO2>Mn-Cu-Ce/TiO2> Mn-Ce/TiO2> V-W-Mn-Cu-Ce/TiO2。溫度的升高可以減少催化劑Mn(0.2)-Ce/TiO2表面致毒物質的生成量。180

7、℃的條件下，Mn-Cu-Ce/TiO2比Mn-Ce/TiO2和Cu-Ce/TiO2更易與SO2反應，中毒失去活性。
　　最后，本文研究了催化劑表面硫銨鹽和金屬硫酸鹽的熱穩(wěn)定性能和對不同組分催化劑SO2中毒情況的影響，探究了SCR催化劑SO2中毒的機制。通過TG-DTG和FT-IR測試發(fā)現(xiàn)，硫酸銨鹽在Mn-Ce/TiO2催化劑表面的熱穩(wěn)定性要低于在Cu-Ce/TiO2催化劑的表面，但金屬硫酸鹽的熱穩(wěn)定性在Cu-Ce/TiO2催化劑表