脱除燃煤烟气中的NOx是目前国内外环保领域的热点问题，而以NH3为还原剂的选择性催化还原反应(SCR)法是烟气脱硝领域最有效、应用最广泛的脱除NOx的方法。蜂窝状V2O5/TiO2催化剂在工业烟气脱硝领域已有多年运行经验，但是此类催化剂的操作温度必须高于350℃，长时间暴露在高温环境中容易引起催化剂活性位置烧结，导致催化剂颗粒增大，表面积减小，因而使催化剂活性降低。颗粒状Mn-Ce催化剂在120～400℃温度窗口内具有较高的脱硝活性，但颗粒状催化剂的堆积会导致反应器压降增大，易被粉尘阻塞等问题，成为该催化剂应用的障碍。基于上述原因，研究和开发具有低温(＜200℃)活性的整体式SCR催化剂具有重要的经济和实际意义。堇青石蜂窝陶瓷热膨胀系数低、抗热冲击性强，以其为载体制备蜂窝状催化剂用于催化NOx的研究已成为一大热点。本文以堇青石蜂窝陶瓷和TiO2为载体，通过溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Mn-Ce/TiO2/CC整体式催化剂，优化了TiO2涂层的制备方法，考察了制备参数对催化剂的影响，以期制备出性能优良的整体式蜂窝状低温脱硝催化剂。
本研究主要内容包括：⑴钛涂层在堇青石基体上的涂覆率与溶胶陈化时间、所采用的表面活性剂、浸渍时间、涂覆次数以及载体的预处理方式等因素密切相关。综合考虑，TiO2涂层的负载方式为:蜂窝陶瓷经25～28％的氨水预处理2h，钛溶胶胶凝时间为72小时，采用PVA为表面活性剂，并在常温下浸渍30min。制备的钛涂层和蜂窝陶瓷载体结合牢固度良好，脱落率低于1.5％。⑵干燥后的钛溶胶放在马弗炉中450℃焙烧4小时，升温速率为1℃/min，随炉冷却至室温，可制备出颗粒分布均匀，粒度较小，晶相结构单一的锐钛矿型TiO2，这些特性为其作为催化剂载体涂层奠定了基础。钛涂层放大5000倍时，可以看到TiO2薄膜表面平坦光滑。⑶不同活性组分浸渍顺序制备的Mn-Ce/TiO2/CC样品，其低温SCR活性有很大差异，Mn和Ce同时浸渍制得的Mn-Ce/TiO2/CC催化剂在100℃时，NO转化率超过80％;当温度为120℃时，NO完全转化。⑷涂覆TiO2涂层的催化剂活性明显好于无涂层的催化剂，通过TiO2涂层负载量对催化剂脱硝活性的筛选，发现相同条件下涂覆率为12％的样品催化效果最佳，在空速为3000h-1，低温(80～180℃)条件下，NO转化率保持在90％以上，在反应温度为120℃时NO转化率近100％，表现出良好的脱硝活性且有较宽的催化NO温度窗口。⑸Mn-Ce/TiO2/CC催化剂表面有丰富的裂纹，表面的主要成分为TiO2，TiO2涂层晶型为锐钛矿型，活性组分Mn和Ce结晶度低，在催化剂表面高度分散。⑹相比单锰Mn/TiO2/CC催化剂，Ce掺杂后，催化剂的比表面积和孔容都有一定程度地提高，而孔径则相应地有所下降，说明Ce的加入可以减少催化剂在煅烧过程中的比表面积和孔容损失，减少催化剂孔道的坍塌，这将有利于反应气体和催化剂表面活性点位的充分接触，提高反应速率。
- 作 者：
- 李凯
- 学科专业：
- 物理化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 太原理工大学
- 导师姓名：
- 李哲
- 学位年度：
- 2013
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
