随着工业化的迅速发展和燃料的大量使用，我国氮氧化物的污染问题日益突出，选择性催化还原技术(SCR)是目前最具应用前景的烟气脱硝技术。Mn基低温SCR催化剂由于其良好的低温活性受到了广泛关注，但其低温活性仍不令人满意，并且烟气中残留的二氧化硫对Mn基催化剂的毒化作用严重。本论文针对Mn基催化剂在低温SCR技术的应用中存在的问题，制备了具有多级大孔-介孔结构的催化剂，并对其催化活性、抗硫性能及其反应机理进行了研究，主要的研究内容及研究成果如下:
(1)Mn/TiO2催化剂低温选择性催化还原氮氧化物性能研究
采用溶胶-凝胶法，分别以硝酸锰和硫酸锰为前驱体制备了Mn/TiO2催化剂，结果表明，以硝酸锰为前驱体的Mn/TiO2催化剂具有更高的催化活性。考察Mn/Ti摩尔比和煅烧温度对Mn/TiO2-Mn(NO3)2催化剂低温反应活性的影响，最终得到Mn/Ti=0.4、煅烧温度为500℃时的催化剂具有最高的反应活性。通过TEM、XRD和BET等表征手段对不同的Mn/TiO2催化剂的形貌、晶型和比表面积等进行了分析。发现较小的催化剂颗粒有助于提高催化剂的低温活性，不定型的MnO2是Mn/TiO2低温SCR反应的活性物质。当Mn的添加量过高、煅烧温度过高时会引起催化剂烧结，降低催化剂的反应活性。
(2)多级大孔-介孔Mn/TiO2低温选择性催化还原氮氧化物性能研究
采用溶胶-凝胶法，以F127为模板剂，制备了多级大孔-介孔催化剂。并对制备参数进行了优化，分别考察了Mn/Ti摩尔比、F127/Ti摩尔比和煅烧温度对催化剂低温反应活性的影响，最终得到Mn/Ti=0.6、F127/Ti=0.012，煅烧温度为500℃时的催化剂具有最高的反应活性。该催化剂在120℃条件下，NOx去除率接近100％;在含30ppmSO2条件下，NOx去除率8h仍保持在84％以上。通过SEM、TEM、XRD、BET、H2-TPR等表征手段对不同F127添加量的催化剂进行了表征，以研究多级大孔-介孔结构对催化剂物化特性的影响。实验数据表明，F127的添加有利于锰的氧化物在催化剂中的分散，并且能够提供较大的比表面积，同时有利于提高催化剂的低温氧化还原能力。通过原位漫反射傅立叶红外光谱对多级大孔-介孔Mn/TiO2(HM-Mn/TiO2)的SCR反应机理进行了研究，研究发现反应的活性物质是吸附态NH3和桥式硝酸盐。从NH3/NOx吸附实验中，我们发现HM-Mn/TiO2表面相较于Mn/TiO2可以吸附更多的吸附态NH3和桥式硝酸盐，而这两种物质恰恰是反应的活性物质，这也是HM-Mn/TiO2具有较高低温SCR活性的重要原因。
- 作 者：
- 石妍妮
- 学科专业：
- 环境工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 大连理工大学
- 导师姓名：
- 陈硕
- 学位年度：
- 2014
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
