鈰改性鈦基納米管的脫硝活性及抗堿-堿土金屬中毒性能研究.pdf

1、氮氧化物是煙氣中的主要污染物之一，選擇性催化還原法是國(guó)內(nèi)外首選的脫硝技術(shù)。目前廣泛使用的釩基催化劑具有有毒、易發(fā)生堿/堿土金屬中毒的缺陷。基于此，本文系統(tǒng)研究了具有優(yōu)異脫硝活性、選擇性和抗堿/堿土金屬中毒性能的新型鈰改性鈦基納米管脫硝催化劑，為改進(jìn)脫硝催化劑和解決催化劑中毒問題作出積極有益的探索。
　　 首先，本文研究了鈰添加量、焙燒溫度和鈦基納米管的pH值對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)和脫硝活性的影響，獲得了具有優(yōu)異脫硝活性和選擇性的鈦基納米管

2、催化劑制備工藝。通過優(yōu)化工藝制得的催化劑在270～500℃的反應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)脫硝效率維持在96％以上，300～450℃時(shí)脫硝效率更是接近100％。
　　 在優(yōu)化制備工藝的基礎(chǔ)上，本文對(duì)鈰鈦催化劑的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了深入探討，發(fā)現(xiàn)氧化鈰負(fù)載在不同形貌的鈦載體材料上之后，其物理化學(xué)特性和催化特性有所不同，三價(jià)鈰和氧空位的生成對(duì)其催化活性具有決定性影響。氧化鈰負(fù)載在鈦基納米管上具有特別突出的脫硝活性，這不僅與鈦基納米管較大的比表面積相關(guān)，還

3、與其特殊的納米管道結(jié)構(gòu)有關(guān)。鈦基納米管的管道約束了氧化鈰的生長(zhǎng)，對(duì)氧化鈰的氧化還原特性具有一定的調(diào)變作用，且鈦基納米管對(duì)氨氣有獨(dú)特的吸附能力，有利于SCR脫硝反應(yīng)的進(jìn)行。
　　 隨后，本文考察了鈰鈦納米顆粒催化劑因堿/堿土金屬導(dǎo)致的嚴(yán)重失活現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)其失活的主因不是酸性位的破壞，而是活性氧化鈰形態(tài)的變化。加入Na+或Ca2+后，在熔鹽熔化作用下，無定形的氧化鈰轉(zhuǎn)化為結(jié)晶態(tài)的氧化鈰，Ce3+和氧空位急劇減少，氧化鈰還原速率減慢，氧

4、化鈰的氧化還原循環(huán)受阻，因此失活。
　　 與鈰鈦納米顆粒催化劑不同的是，本文開發(fā)的鈰改性鈦基納米管表現(xiàn)出優(yōu)異的抗鈉中毒性能，干混法添加Na/Ce摩爾比為1的Na之后，催化劑在350℃時(shí)仍能維持90％的脫硝活性，浸漬法負(fù)載Na+之后，在350℃左右仍能維持超過80％的脫硝活性。其抗中毒性能源于鈦基納米管對(duì)活性氧化鈰的保護(hù)作用:鈦基納米管的管壁將固體金屬毒物隔絕在管壁外，從而保護(hù)了管道內(nèi)的活性氧化鈰，使得管道內(nèi)的氧化鈰免遭毒害;同時(shí)

5、，質(zhì)子化的鈦基納米管具有較強(qiáng)的離子交換能力，可以將堿/堿土金屬離子通過離子交換固定在管壁層間，阻止他們毒害活性氧化鈰。
　　 最后，本文針對(duì)“殼保護(hù)”抗中毒機(jī)理進(jìn)行了拓展研究，發(fā)現(xiàn)管狀結(jié)構(gòu)的完好程度和鈦基納米管的離子交換能力是有效保護(hù)氧化鈰的關(guān)鍵影響因素。一旦管狀結(jié)構(gòu)被破壞，鈦基納米管對(duì)氧化鈰的雙重保護(hù)作用將消失，氧化鈰將迅速失活;乙醇浸泡處理可以增加鈦基納米管層間的OH基團(tuán)數(shù)量，使得可供離子交換的質(zhì)子增多，捕獲堿/堿土金屬離子