鉻基催化劑的制備及其催化氧化NO的性能研究.pdf

1、氮氧化物(NOx)是造成酸雨、霧霾等環(huán)境污染的主要大氣污染物之一，對(duì)人類的生活和生產(chǎn)造成危害。中小型工業(yè)窯爐煙氣要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期低成本脫硝，最簡(jiǎn)便的方法是利用煙氣中剩余的O2，在催化劑的作用下將活潑難溶解的NO氧化為可溶性的NO2，再用堿液濕法吸收，以實(shí)現(xiàn)NOx的完全脫除及資源化利用。
　　本文通過稀土鈰負(fù)載、氧化修飾以及載體摻雜等策略制備了一系列鉻基催化劑，拓寬活性溫度窗口，力求提高催化活性和抗水抗硫性，使其適用于不同的煙氣狀況。采用

2、X射線衍射譜(XRD)、比表面積(BET)、傅里葉變換紅外(FTIR)、程序升溫還原(H2-TPR)、NO程序升溫脫附(NO-TPD)、X射線光電子能譜(XPS)、原位紅外(in-situ DRIFTS)等多種表征手段，系統(tǒng)深入地研究了催化劑物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)性能之間的關(guān)系，通過表面物種分析，探討NO在鉻基催化劑表面催化氧化的反應(yīng)過程。
　　通過篩選載體金屬柱撐蒙脫土(TP, ZP, FP)和活性組分(Mn，Co，Cr, Cu)，選定

3、Cr/TP催化劑作為研究對(duì)象，且12％的Cr負(fù)載量最佳。表征結(jié)果表明，Cr2O3和CrO3分散在Cr/TP催化劑表面，CrO3作為活性位點(diǎn)用于吸附和活化NO。原位紅外結(jié)果表明，表面物種穩(wěn)定性與反應(yīng)溫度密切關(guān)聯(lián)，證實(shí)中間體亞硝?；?NO+)與硝酸鹽的存在，揭示了NO氧化在鉻基催化劑表面的變化過程，為后續(xù)研究奠定了理論研究基礎(chǔ)。
　　考察稀土鈰對(duì)鉻基催化劑性能的影響，采用超聲輔助浸漬法將稀土鈰負(fù)載到鉻基催化劑，制備出Cr1-xCex/

4、TP(0≤x≤1)催化劑?；钚詼y(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cr1-xCex/TP催化劑存在最佳摩爾配比，以Cr0.8Ce0.2/TP樣品性能最佳。表征結(jié)果表明，鈰負(fù)載有助于減小晶粒尺寸，提高樣品分散性。此外還證實(shí)，活性位點(diǎn)CrO3易吸附和活化NO，氧化鈰因加速氧物種的流動(dòng)性而促進(jìn)O2活化，從而產(chǎn)生表面超氧自由基(O2-)。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)表明，NO催化氧化對(duì)NO是0.53級(jí)反應(yīng)，對(duì)O2是0.44級(jí)反應(yīng)。
　　為進(jìn)一步提升催化性能，采用堆積沉淀法(D

5、P)制備了H2O2氧化修飾的Cr-HP(x)/TP催化劑?；钚詼y(cè)試表明，氧化修飾最佳的Cr-HP(3)/TP催化劑不但提高催化性能(比同等條件下的Cr-HP(0)/TP樣品高約80％），還顯著減弱SO2的毒害作用。通過催化劑理化結(jié)構(gòu)的分析，證實(shí)氧化修飾導(dǎo)致鉻物種傾向于形成高價(jià)態(tài)的Cr(Ⅵ)物種，即離子態(tài)鉻酸鹽和氧化態(tài)CrO3，離子態(tài)鉻酸鹽不利于SO2在催化劑表面堆積而提高樣品的耐硫性;而氧化態(tài)CrO3有利于與Cr2O3形成氧化還原循環(huán)而

6、促進(jìn)NO氧化。
　　保留有效組分，簡(jiǎn)化載體制備工藝，考察載體(Ce0.5Ti0.5O2)非金屬摻雜對(duì)鉻基催化劑的影響，采用堆積沉淀法(DP)負(fù)載鉻制備了Cr/CeTi-C(x)催化劑。表征結(jié)果表明，非金屬N更傾向于摻雜在CeOx上，取代Ce位點(diǎn)上的氧而形成Ce-N-Ti和Ce-N-Ce鍵。此外，因氮(N)原子半徑與氧(O)原子相近，載體氮摻雜導(dǎo)致晶格收縮和扭曲，表面“缺陷結(jié)構(gòu)”明顯，其氧空位可促進(jìn)氧氣的吸附和活化，佐證了超氧自由基