一種新型Mn-Fe-AS催化劑上NH3低溫選擇性催化還原NO的性能研究.pdf

1、目前，富氧條件NH3-SCR技術(shù)已經(jīng)在固定源NOx的催化凈化中得到了實(shí)際應(yīng)用，而且不久將會(huì)在我國(guó)移動(dòng)源NOx的脫除中得到普遍運(yùn)用。在NH3-SCR催化劑體系中，研究的較多的主要是微孔分子篩負(fù)載貴金屬和過(guò)渡金屬的催化劑，比如ZSM-5、MOR、BEA、FER等等。介孔材料載體最近幾年發(fā)展較快，相比較于微孔分子篩，SBA-15介孔材料由于其具備較大的孔徑、比表面積、高水熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，已引起了人們的關(guān)注。然而純SBA-15缺乏酸性，使得其在

2、脫硝領(lǐng)域的運(yùn)用受到限制。本文通過(guò)一步法將Al金屬原位合成到SBA-15的骨架結(jié)構(gòu)上，達(dá)到改性的目的。然后選擇具有良好低溫催化活性的Mn為活性組分，以改性的Al-SBA-15為載體，制備了一系列Mn/AS分子篩催化劑，考察了Mn含量、焙燒溫度等對(duì)其SCR催化活性的影響。然后摻雜Fe對(duì)其改性，探討催化劑的結(jié)構(gòu)、表面物種、氧化還原性能對(duì)催化劑活性的影響，旨在尋求一種新型的具有較好低溫活性且活性溫度窗口較寬的柴油車尾氣NO凈化催化劑。
　

3、　首先，本文采用一步合成法制備了Al-SBA-15介孔材料。并考察了前驅(qū)體反應(yīng)溫度，溶液pH值，不同硅鋁比等條件對(duì)改性介孔材料Al-SBA-15合成的影響。結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)溫度為40℃、溶液pH值為1.5、硅鋁比為20時(shí)，能夠較好的合成具有介孔結(jié)構(gòu)的Al-SBA-15材料。
　　然后選取了乙酸錳作為前驅(qū)物，乙醇為溶劑，采用浸漬法制備了一系列Mn/AS催化劑，并考察了Mn含量、不同硅鋁比的AS載體、焙燒溫度對(duì)Mn/AS催化劑SCR脫

4、硝性能和物理結(jié)構(gòu)、Mn氧化態(tài)、表面元素濃度等的影響。在這一系列催化劑中，硅鋁比為20、Mn含量為10％、300℃焙燒的催化劑展現(xiàn)出最好的脫硝性能，在210～360℃反應(yīng)溫度窗口內(nèi)催化活性高于95％。
　　我們對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)表征，結(jié)果表明:Mn含量對(duì)催化劑的物理結(jié)構(gòu)影響較大，當(dāng)Mn含量高達(dá)20％時(shí)，催化劑的比表面積、孔徑、孔容積急劇下降，催化劑的介孔結(jié)構(gòu)受到一定程度上的破壞。硅鋁比的不同影響了催化劑的SCR脫硝性能，隨著鋁含量的增加

5、，NOx轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)一定程度的增加，尤其表現(xiàn)在最高轉(zhuǎn)化率方面，當(dāng)Si/Al≤20后，催化劑的NOx轉(zhuǎn)化率基本保持不變，通過(guò)紅外測(cè)試說(shuō)明了鋁已經(jīng)形成于載體的骨架結(jié)構(gòu)中。不同溫度焙燒的催化劑，其表面的金屬活性組分在氧化態(tài)、元素濃度方面發(fā)生了較大的變化，影響了催化劑的脫硝性能。通過(guò)XPS分析，所有催化劑中Mn活性物種都存在著Mn2O3和MnO2，但是各自含量不同。當(dāng)催化劑在200～300℃焙燒時(shí)，催化劑表面Mn活性組分主要以+4價(jià)的MnO2存在

6、，當(dāng)其在400～500℃焙燒時(shí)，催化劑表面Mn活性組分則主要以+3價(jià)的Mn2O3為主，說(shuō)明了催化劑Mn物種存在的狀態(tài)與焙燒溫度的高低有關(guān)。同時(shí)在此基礎(chǔ)上分析了催化劑反應(yīng)前后結(jié)構(gòu)的變化，通過(guò)TEM和XPS表征手段分析得出催化劑在高溫反應(yīng)一段時(shí)間后其介孔結(jié)構(gòu)有序度有一定程度上的減弱，Mn物種發(fā)生了團(tuán)聚，且其不同活性物種含量發(fā)生了改變，這可能是其二次活性下降的部分原因。
　　最后，在前期Mn/AS催化劑的基礎(chǔ)上，引入了過(guò)渡金屬Fe活性組

7、分制備了Mn/AS、Fe/AS、Mn-Fe/AS等催化劑，通過(guò)N2吸附-脫附、XRD、XPS和H2-TPR表征手段，研究了Fe摻雜對(duì)Mn/AS催化劑的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和低溫脫硝性能的影響。同時(shí)對(duì)該催化劑的壽命、抗水抗硫能力進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。結(jié)果顯示，當(dāng)Mn/AS催化劑添加Fe后，其SCR低溫NO轉(zhuǎn)化率有了明顯的上升，300℃焙燒的Mn-Fe/AS催化劑在180～390℃反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，NO轉(zhuǎn)化率高達(dá)95％以上，活性窗口范圍有了較大的提高