题名 | 铈锆固溶体催化剂上H2S选择氧化反应过程的研究 |
作者 | 孙宇
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答辩日期 | 2020-06
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文献子类 | 硕士
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授予单位 | 中国科学院生态环境研究中心
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授予地点 | 北京
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导师 | 郝郑平
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关键词 | 铈 锆固溶体,硫化氢选择氧化,催化活性,反 应机理
cerium-zirconium Solid Solution, Hydrogen Sulfide Selective Oxidation, Catalytic Activity, Reaction Mechanism
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学位名称 | 工学硕士
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其他题名 | Selective Oxidation of H2S over Cerium-zirconium-based Solid Solution Catalysts
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学位专业 | 环境工程
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英文摘要 | H2S选择氧化技术投资成本较低, 在理论上 可以实现完全 转化,是一种重要的 Claus尾气和低浓度硫化氢减排工艺 而决定该技术的关键为催化剂的性能 。目前应用较多的为铁基金属氧化物催化剂,其活性高、价格低廉,但同时也存在反应温度高、需要过量氧、选择性较 差 等缺点。因此需要研究和开发具有 高转化率、选择性、耐高空速和氧气含量波动的催化剂 。
论文 研究了铈锆固溶体的组成及结构对 H2S选择氧化催化性能的影响,并在固溶体上负载铁,提高催化剂在更高空速下的催化活性。采用 XRD、 BET、Raman、 XPS、 H2-TPR、 O2-TPD、 CO2-TPD等技术手段对催化剂的结构和性能进行表征,探究了催化剂与活性之间的构效关系,并采用同位素标记法对 H2O的影响机制进行探索,阐明反应机理及反应过程,得到的结果如下:
1. 不同 Ce/Zr比例的 CexZr1-xO2固溶体催化剂体系
铈锆固溶体具有良好的低温活性,利用其较高的储氧量可以使H2S选择氧化反应在化学计量比的氧气下获 得较高的产率。 催化活性随着 Ce/Zr比 例的提高而增加,其中 Ce0.9Zr0.1O2活性最高,在 180 ℃时硫收率可达到 97%。这是因为Ce0.9Zr0.1O2具有最多的中碱性位、活性位数量和最强的氧化还原性。 Ce4+为催化反应的活性位点,遵循氧化还原机理 Ce4+将吸附在催化剂中 度 碱性位上的 H2S氧化, Zr的掺入提高了晶格氧的迁移速率,从而提高了催化剂的低温活性 。 催化剂的失活是因为硝酸盐生成,覆盖了反应位点,并且使 Ce3+难以被氧化为 Ce4+。
2. 负载 铁 的 Ce0.5Zr0.5O2固溶体 催化剂体系
在铈锆固溶体 表面负载铁 ,使催化剂在更高的空速下也具有优异的低温活性。其中 8% Fe-CZO具有最好的催化活性,在22015,000 h-1空速下,硫收率可达到 97%。 催化剂中的铁以 Fe3+和 α-Fe2O3的形式存在, 铁的负载 提高 了 催化剂的 氧化还原能力 。 反应遵循氧化还原机理, Fe3+和 Ce4+均可作为活性组分参与 H2S的氧化。催化剂的失活主要是由于硫酸盐和 FeS2的生成。 水蒸气的加入会促进Claus逆反应的发生, 同时 与硫化氢发生竞争吸附,降低 反应的转化率和选择性。 |
页码 | 87
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内容类型 | 学位论文
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源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/43651] |
专题 | 生态环境研究中心_环境纳米材料实验室
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推荐引用方式 GB/T 7714 |
孙宇. 铈锆固溶体催化剂上H2S选择氧化反应过程的研究[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2020.
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