氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，工业炉窑、烧结机、催化裂化装置等中小型锅炉排烟温度偏低，无适合安装选择性催化还原(SCR)脱硝装置的温度区(320～400℃)。基于臭氧治理工艺基础上提出的催化臭氧化脱硝技术是一种比较适合的脱硝工艺。为推进这一工艺的工业化进程，本文针对催化臭氧化脱硝技术，对其催化剂进行了制备、改性以及脱硝性能的研究，探究了反应过程机制，并制备了工业级催化剂进行了实际烟气脱硝性能测试以及工艺调试。
首先，以Ce作为催化剂的活性成分，通过掺杂一定比例的Mn形成Mn-Ce固溶体然后负载在二氧化钛载体上制备得到了Mn-Ce/TiO2催化剂作为研究对象，考察了不同合成方法和不同晶相的载体对催化剂催化活性的影响。通过对比发现，锐钛矿和单斜相混合晶相的二氧化钛载体所对应的催化剂具有最高的活性，在40℃时脱硝活性可达90％。此外还探究了催化臭氧化脱硝的反应机制，发现在催化臭氧化脱硝反应中，羟基自由基是主要的活性物质，催化剂表面的氧空位有利于表面羟基的生成，臭氧会与表面羟基作用生成羟基自由基而进行脱硝反应。但从催化臭氧化脱硝工业应用来讲，催化剂制备复杂，成功率不高，不利于进行实际工业应用，需要进一步改进。
为此，用共沉淀法制备了无定形的CeTi复合氧化物催化剂，并采用非金属氟掺杂对其进行改性。氟掺杂促进了Ce、Ti之间的相互作用，氟原子取代了晶格中的氧原子，增加了催化剂表面表面氧空位和表面羟基的数量，且使催化剂表面亲水性更强，更容易形成表面羟基，从而提升催化剂脱硝效率。相比较Mn-Ce/TiO2催化剂，CeTi催化剂同样表现出较好的催化活性，而制备过程更简单，适合大批量成型生产，是一种适合催化臭氧化脱硝工业应用的催化剂。
按照Ce∶Ti=3∶7的摩尔比制备了颗粒状CeTi催化剂，并在烟气管道上加入了臭氧发生器、高压喷头等催化臭氧化脱硝工艺设备。在燃煤锅炉实际烟气条件下对制备的催化剂进行了测试，并对工艺条件进行了一些优化，发现催化臭氧化工艺有一定的脱硝效果，但离实验室效果还是有一定差距，需要在催化剂成型以及工艺条件上进一步优化。在催化剂的制备成型和工艺条件上积累了一定经验，也为开发出更适合催化臭氧化脱硝的工业催化剂打下了基础。
- 作 者：
- 邓志勇
- 学科专业：
- 化学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 南京理工大学
- 导师姓名：
- 钟秦
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
