26227.鈰基復合氧化物選擇性催化氧化氨性能研究

1、博士學位論文鈰基復合氧化物選擇性催化氧化氨性能研究StudyonthePerformanceofCeriabasedMixedOxidesforSelectiveCatalyticOxidationofAmmonia作者姓名：王室學號：U!!璺Q!Z完成日期：至Q!壘二Q魚二塹大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學博士學位論文摘要氨烈H31作為一種典型的有毒有害工業(yè)廢氣，對人類生存環(huán)境和人體健康

2、產(chǎn)生了嚴重的危害。隨著NH3排放量的增加，NH3污染的控制和治理引起了人們的廣泛關注。在眾多NH3污染治理技術中，選擇性催化氧化是一種理想且高效的技術。目前，針對NH3氧化反應的催化劑主要包括貴金屬、過渡金屬和復合氧化物催化劑。貴金屬催化劑上NH3具有較低的完全轉(zhuǎn)化溫度(3000C)，能耗也大。在NH，氧化反應中，目前研究較多的為水滑石類復合氧化物，其具有較高的N2選擇性，但NH3氧化活性較差(4500C)。鈰(Ce)基復合氧化物是另一

3、類重要的催化劑，它具有獨特的儲放氧能力以及分散表層活性組分的特性，在眾多有氧反應中表現(xiàn)出較高的低溫活性。針對目前NH3氧化催化劑無法同時得到高的NH3轉(zhuǎn)化率和N2選擇性這一難題，本論文以Ce基復合氧化物作為催化劑，系統(tǒng)研究摻雜不同過渡金屬對Ce02結(jié)構(gòu)、儲放氧性能、氧化還原性能及其NH3氧化性能的影響；深入探討Ce基復合氧化物上NH3吸附、活化位以及02遷移循環(huán)過程。然后以蜂窩狀金屬絲網(wǎng)作為載體制各了整體催化劑，將其應用于工業(yè)NI[3污

4、染治理中，初步完成了中試試驗。得到的主要研究成果如下：(1)將金屬鋯(Zr)摻雜于Ce02中制備了不同摩爾比的CelxZrx02復合氧化物。Zr的摻雜導致了Ce02結(jié)構(gòu)由立方相向四方相的轉(zhuǎn)變，催化劑晶粒明顯減小，形成了較多結(jié)構(gòu)缺陷、氧空穴以及中強酸，明顯改善了催化劑的NH3氧化性能。表面反應研究表明，高含量zr可以抑制催化劑中副產(chǎn)物N20的形成，提高了催化劑的N2選擇性。當x=06時，Ceo4Zro602催化劑具有最優(yōu)NH3氧化活性，N

5、H3在3600C時實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，N2選擇性達到95％。(2)將金屬鋁(Ab摻雜于Ceo4Zr0602(CZ)催化劑中制備了CZA1復合氧化物。Al摻雜致使部分Al進入CZ晶格形成CeZ卜Al固溶體，破壞了催化劑中電荷平衡，導致了Ce”含量的提高和與之相關的氧空穴濃度的增加，進而提高了催化劑的氧吸附和活化能力，形成了更多活性原子氧(0。)，促進了NH3氧化反應的有效進行。其中，當A1摻雜量為3wt％時，催化劑低溫活性最佳，3300C時的N

6、H3轉(zhuǎn)化率為90％(T90％=3300C)。與CZ催化劑相比，乃o％降低了250C，NH3轉(zhuǎn)化率平均高出127％。(3)將過渡金屬中具有較高活性的銅(Cu)摻雜于Ce02中，進一步改善催化劑的NH3氧化性能。當Cu負載量為10wt％、煅燒溫度為5000C時，催化劑具有最優(yōu)活性，NHl在2500C時實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，N2選擇性保持在90％以上。CuOCe02催化劑的兀o％為2300C，比CZAI催化劑降低了1000C。Cu的摻雜導致了催化劑中