MnOx-TiO2低溫NH3-SCR催化劑的N2O生成機(jī)制和硫化作用機(jī)制研究.pdf

1、氨選擇性催化還原法(NH3-SCR)是脫除固定源煙氣中NOx的有效方法之一。近年來，低溫NH3-SCR技術(shù)由于耗能少、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，已成為研究熱點(diǎn)。從國內(nèi)外研究進(jìn)展來看，低溫SCR主要存在以下問題:催化劑抗SO2性能不強(qiáng)及會(huì)生成N2O?；谝陨蠁栴}，本文以MnOx/TiO2為催化劑，對其低溫SCR脫硝性能、反應(yīng)機(jī)制、N2O生成機(jī)制及硫化作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究。
　　本文首先采用浸漬法制備出MnOx/TiO2催化劑，考察了催化劑

2、的低溫脫硝活性;同時(shí)，利用原位漫反射傅立葉變換紅外光譜(in situ DRIFTS)、XPS、TPD、H2-TPR等表征方法對催化劑的脫硝機(jī)制和N2O生成機(jī)制及硫化作用機(jī)制進(jìn)行了探討，最后通過動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)進(jìn)一步證實(shí)了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。得到的研究成果如下:
　　60，000 cm3 g-1 h-1(75，000 h-1)空速下，100℃～250℃范圍內(nèi)，MnOx/TiO2催化劑的NH3-SCR活性隨溫度的升高而升高，在250℃時(shí)可實(shí)現(xiàn)9

3、0％以上的NOx轉(zhuǎn)化率，有望實(shí)際應(yīng)用于低溫NH3-SCR去除固定源煙氣中的NOx。
　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MnOx/TiO2催化劑的N2O選擇性與進(jìn)口的氣態(tài)NO濃度有關(guān):NO濃度越大，催化劑的N2O選擇性越低。
　　瞬態(tài)反應(yīng)研究發(fā)現(xiàn):150℃下，Langmuir-Hinshelwood機(jī)制和Eley-Rideal機(jī)制對N2O的生成均有貢獻(xiàn);250℃下，N2O的生成主要是因?yàn)镋ley-Rideal機(jī)制;且隨著溫度的升高，通過El

4、ey-Rideal機(jī)制生成的N2O增加明顯。高溫段，SCR反應(yīng)會(huì)與NSCR發(fā)生競爭，當(dāng)氣態(tài)NO濃度增加時(shí)，更多的-NH2被NO還原生成N2（SCR反應(yīng)），而-NH2氧化為-NH的反應(yīng)受到抑制，導(dǎo)致N2O生產(chǎn)量減少(NSCR反應(yīng))。所以增加氣態(tài)NO濃度后，MnOx/TiO2催化劑的N2O選擇性明顯下降。此外，本文通過動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)，證實(shí)了MnOx/TiO2催化劑的N2O選擇性隨氣態(tài)NO濃度增加而降低的結(jié)論。
　　實(shí)驗(yàn)表明，硫化對Mn

5、Ox/TiO2催化劑的SCR反應(yīng)有雙重影響。硫化后MnOx/TiO2催化劑表面NOx的吸附和吸附的NH3活性均受到了抑制，因此通過L-H機(jī)制和E-R機(jī)制的SCR反應(yīng)硫化后均得到了抑制，導(dǎo)致300℃以下NO轉(zhuǎn)化率明顯下降。溫度高于300℃時(shí)，SCR反應(yīng)、NSCR反應(yīng)和C-O反應(yīng)（氨氧化反應(yīng)）這三者之間會(huì)相互競爭，而硫化后NSCR反應(yīng)和氨氧化反應(yīng)都受到了抑制，越來越多的吸附在MnOx/TiO2催化劑表面的NH3被NO氧化生成N2（SCR反應(yīng)