過渡金屬氧化物(MnOx-CeO2)改性銅基催化劑的低溫SCR脫硝性能研究.pdf

1、選擇性催化還原(SCR)法是目前燃煤煙氣NOx脫除的主要技術(shù)，常用的催化劑(V2O5-WO3/TiO2)要求脫硝反應(yīng)溫度窗口為300-400℃，因此SCR脫硝裝置必須布置在脫硫和除塵裝置之前。在這一位置，大量顆粒物及SOx對脫硝設(shè)備以及催化劑都會造成嚴(yán)重問題，尋找在較低煙氣溫度條件下同樣具備脫硝能力的催化劑，已成為目前煙氣脫硝領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)方向。本文探索基于過渡金屬氧化物(MnOx-CeO2)改性的銅基低溫SCR催化劑的優(yōu)化配方，開展了

2、模擬煙氣條件下低溫(100-200℃)SCR催化劑的制備、表征及脫硝性能測試實(shí)驗(yàn)，同時(shí)研究了其對于煙氣中汞的氧化性能的影響;利用量子化學(xué)計(jì)算方法，開展了催化劑表面的吸附機(jī)理的分析。
　　利用溶膠凝膠法，將過渡金屬(MnOx，CeO2)摻雜到銅基催化劑CuO/γ-Al2O3上，制備了不同配比的CuO-MnOx-CeO2/γ-Al2O3吸附劑顆粒。利用比表面積測試儀(BET)，X射線衍射儀(XRD)，掃描電子顯微鏡(SEM)對催化劑進(jìn)

3、行表征分析。結(jié)果表明:溶膠凝膠法制備的催化劑顆粒具有良好的表面結(jié)構(gòu)和孔隙特征;MnOx-CeO2的摻雜在一定程度上會影響其表面結(jié)構(gòu)，但是其提供的活性組分有利于SCR脫硝反應(yīng);MnOx-CeO2的負(fù)載在一定程度上抑制了γ-Al2O3晶體的形成，其中，MnOx的摻雜易在催化劑的表面出現(xiàn)結(jié)塊團(tuán)聚的現(xiàn)象，而CeO2的負(fù)載則促進(jìn)了MnOx在催化劑表面的分散度。
　　在自制的固定床反應(yīng)器上開展了模擬煙氣條件下低溫SCR催化劑顆粒的脫硝性能實(shí)驗(yàn)

4、研究，溫度窗口控制在100-200℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在N2+6％O2+600ppmNO+600ppmNH3氣氛條件下，6％CuO-5％MnOx-10％CeO2/γ-Al2O3的催化劑顆粒具有最高的脫硝效率79.8％;煙氣組分中H2O和SO2對SCR脫硝均有抑制作用，當(dāng)煙氣中H2O含量從0增加到10％時(shí)，催化劑脫硝效率從79.8％下降到了51.3％。而當(dāng)SO2含量分別為0，100ppm，500ppm，800ppm時(shí)，對應(yīng)的脫硝效率分別為8

5、0％，65.1％，57.8％，48.6％;O2是催化劑進(jìn)行SCR反應(yīng)的必要條件，當(dāng)煙氣中沒有氧氣存在時(shí)，脫硝效率較低，僅為20％左右，而當(dāng)氧氣含量增加到6％以后，脫硝效率能穩(wěn)定在70％-80％。MnOx-CeO2改性得到的銅基催化劑在低溫下具備一定的脫硝活性主要是由于兩方面原因:一方面，BET，SEM表征結(jié)果證明了催化劑在負(fù)載MnOx-CeO2后具備較好的表面結(jié)構(gòu)特征;另一方面，由于CeO2具備晶格氧吸附-脫附可逆循環(huán)的性質(zhì)，其在一定條

6、件下可以釋放晶格氧，將Mn2O3氧化為MnO2，MnO2又促進(jìn)了NO向NO2的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，O2組分的脫硝性能實(shí)驗(yàn)證明了O2能補(bǔ)充消耗掉的晶格氧，從而使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。
　　催化劑顆粒的脫汞特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Mn-Ce的負(fù)載對于催化劑的脫汞性能有重要影響，其中10％MnOx-5％CeO2的負(fù)載量使得催化劑具備最高的脫汞活性，其單位質(zhì)量催化劑的汞捕集達(dá)到了46.5ug/g;O2在催化劑脫汞反應(yīng)中起到重要的作用，它補(bǔ)充了活性組分消耗的晶格

7、氧，使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行;H2O和SO2對催化劑脫汞性能起抑制作用。當(dāng)煙氣中的H2O含量從0增加到9％時(shí)，汞的氧化率和捕集率分別從81.2％和71.2％下降到25.4％和17.3％。;當(dāng)SO2含量從0增加到500ppm時(shí)，汞的氧化率和捕集率分別從81.2％和71.2％下降到45.3％和34.7％;NO有利于脫汞反應(yīng)的進(jìn)行并能減弱SO2的抑制作用，相比較沒有NO的煙氣氣氛，600ppmNO氣氛條件下汞的氧化率和捕集率分別提高了5.5％和8.5％