γ-Fe2O3基催化劑NH3-SCR脫硝特性及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、NOx是我國(guó)主要的大氣污染物，其過(guò)度排放會(huì)造成光化學(xué)煙霧、酸雨、臭氧層空洞及灰霾等一系列環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)造成近年來(lái)PM2.5中硝酸鹽比例大幅上升，控制燃煤電廠NOx排放刻不容緩。目前，選擇性催化還原(NH3-SCR)技術(shù)是燃煤電廠廣泛采用的煙氣脫硝技術(shù)，其典型的商用催化劑為V2O5-WO3(MoO3)/TiO2，在340～400℃的溫度窗口內(nèi)NOx轉(zhuǎn)化率較好，但存在活性成分昂貴、劇毒重金屬元素釩不能隨意丟棄、廢舊催化劑無(wú)害化處理成本較高等

2、問(wèn)題，因此急需研發(fā)適合國(guó)情的高效、廉價(jià)、無(wú)污染的NH3-SCR脫硝技術(shù)。普通鐵金屬氧化物催化劑與釩鈦基催化劑相比，活性成分鐵的來(lái)源廣泛、廉價(jià)、抗水抗硫性能好且對(duì)環(huán)境無(wú)毒性，但脫硝活性溫度大部分高于500℃，不適宜燃煤電廠脫硝，為此本文通過(guò)沉淀工藝制備了鐵金屬氧化物催化劑，XRD及活性實(shí)驗(yàn)表明制備的γ-Fe2O3催化劑中高溫活性好，是一種較為理想取代釩鈦催化劑的新型NH3-SCR催化劑。此外，催化劑反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性研究具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意

3、義，其能夠?yàn)楹罄m(xù)催化劑NH3-SCR過(guò)程模擬和脫硝反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、優(yōu)化及工業(yè)放大提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，為此本文相繼開(kāi)展了γ-Fe2O3催化劑動(dòng)力學(xué)特性研究以及錳添加對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律研究，并由動(dòng)力學(xué)結(jié)果分析脫硝反應(yīng)機(jī)理及優(yōu)化機(jī)理。
　　在制備γ-Fe2O3基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了對(duì)脫硝反應(yīng)影響突出的因素:反應(yīng)溫度、NH3/NO摩爾比、O2濃度、水蒸氣和SO2濃度對(duì)γ-Fe2O3催化劑NH3-SCR脫硝特性的影響規(guī)律。研究表明:反應(yīng)溫

4、度高于325℃時(shí)NOx轉(zhuǎn)化率始終高于90％，低于270℃時(shí)γ-Fe2O3的NOx轉(zhuǎn)化率始終高于商用V2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化劑NOx轉(zhuǎn)化率;NH3/NO比大于1后NOx轉(zhuǎn)化率不再增加;在O2濃度大于3.5％后NOx轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高且保持不變;水蒸氣與NH3之間競(jìng)爭(zhēng)吸附劇烈，導(dǎo)致NOx轉(zhuǎn)化率下降，水蒸氣導(dǎo)致γ-Fe2O3催化劑表面產(chǎn)生微量羥基官能團(tuán)，造成少量不可逆化學(xué)性失活;SO2濃度低于0.04％時(shí)不會(huì)降低催化劑活性，通入

5、0.08％的SO2時(shí)NOx轉(zhuǎn)化率小幅降低，且未發(fā)生不可逆的表面金屬硫酸鹽化，具備優(yōu)良的抗SO2中毒性能。
　　采用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)研究表明NH3能快速在γ-Fe2O3表面活性位上吸附活化，O2能快速參與到反應(yīng)中，吸附氧含量較少，通過(guò)穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)方法，構(gòu)建冪函數(shù)型反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，得到NH3、O2、NO反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為0、0.27、0.41，NH3-SCR脫硝反應(yīng)活化能為28.77 KJ/mol，由反應(yīng)動(dòng)力學(xué)結(jié)果分析得到NO在有磁性的γ-Fe2

6、O3表面發(fā)生了吸附作用，催化劑上同時(shí)存在NO以氣態(tài)參與反應(yīng)的E-R機(jī)理和NO以吸附態(tài)參與反應(yīng)的L-H機(jī)理。
　　在γ-Fe2O3催化劑脫硝特性及動(dòng)力學(xué)性能明確的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考察錳添加對(duì)其NH3-SCR脫硝活性及動(dòng)力學(xué)特性影響，并分析錳添加催化劑的優(yōu)化機(jī)理。溫度高于70℃時(shí)NOx轉(zhuǎn)化率始終在90％以上，XRD分析得出錳嵌入γ-Fe2O3晶體結(jié)構(gòu)中或者高度分散在其表面，促使低溫脫硝活性好。穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)研究得到NO、NH3、O2反應(yīng)級(jí)數(shù)分