题名改进型钒钨钛NH3-SCR催化剂的构效机制研究
作者晏子頔
答辩日期2020-06
文献子类博士
授予单位中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师贺泓
关键词钒 钨钛 催化剂 ,氨选择性催化还原氮氧化物,热稳定性,反应路径 抗 碱 金属中毒 性能 vanadium-tungsten-titanium, Nh3-scr, Thermal Stability, Reaction Pathway, Alkali Resistance
学位名称理学博士
其他题名Study on Structure-activity Mechanism of Improved Vanadium-tungsten-titanium Catalysts for NH3-SCR Reaction
学位专业环境科学
英文摘要

     以NH3为还原剂在催化剂的作用下选择性还原 NOx,即 NH3-SCR技术,是去除 柴油车尾气 NOx最为有效的技术之一。 钒基催化剂体系具有高NH3-SCR催化效率、经济与耐硫的特点,已经在柴油车NH3-SCR后处理系统 中得到广泛应用 。然而,钒基SCR催化剂在应用中也存在一些问题,如在柴油机高温尾气中热稳定性较差以及抗碱金属中毒性能有待提高等。 因此,针对钒基SCR催化剂在实际应用中出现的问题加以改进,开发高效稳定并可适应复杂工作条件的钒基SCR催化剂具有重要的现实意义。
     本论文采用浸渍法制备了一系列不同 V2O5含量( 2 wt%、 3.5 wt%与 5的 V2O5/WO3-TiO2 与 V2O5/SiO2-WO3-TiO2催化剂, 并考察了催化剂的 NH3-SCR活性与热稳定性,发现钒负载量与 SiO2的添加都会影响 V2O5/WO3-TiO2催化剂的热稳定性。增加钒负载量能提高新鲜催化剂的低温 SCR活性,但高钒负载量的催化剂在热老化后严重失活。当 V2O5含量较高( 3.5 wt%与 5 wt%)时V2O5/SiO2-WO3-TiO2催化剂具有比 V2O5/WO3-TiO2催化剂明显优异的热稳定性。
      通过 BET、 XRD、 SEM、 Raman、 XPS、 H2-TPR与 NH3-TPD表征手段,发现高钒负载量会加速催化剂载体 TiO2在高温中由锐钛矿型向金红石型的相变,导致比表面积降低与 SCR活性下降。 Si的添加能抑制钒基催化剂 在 热老化过程中VxTi1-xO2固溶体的形成,进而抑制载体 TiO2在高温中的相变,从而提高催化剂的热稳定性。
     采用暂态响应实验( TRM 定量测定了 NO、 NO2与 NH3在 V2O5/WO3-TiO2催化剂上的吸附量,结合 程序升温表面反应( TPSR)的方法研究了 反应气氛中无水 蒸汽 与有水 蒸汽 2 vol.% H2O)的条件下 V2O5/WO3-TiO2催化剂的活性位点与 NH3-SCR反应路径。研究表明 NO吸附在催化剂表面的 [V4+]-OH + [V5+]-O、[V5+]-OH与 Ti位点上,吸附量分别为 24、 28与 26 μmol g-1。 NH3吸附在催化剂表面的 [V4+]-OH + [V5+]-O、 [V5+]-OH、 Ti与 W位点上,吸附量分别为 24、 28、26与 274 μmol g-1。在无水的条件下, V2O5/WO3-TiO2催化剂在 150 oC时的标准与快速 SCR反应遵循“亚硝酸盐路径”:吸附 NH3与表面亚硝酸盐物种反应生成N2与 H2O。然而, NO与 NH4NO3(由表面硝酸盐与吸附 NH3反应生成)反应生成N2与 H2O,即 NH4NO3路径”,在无水 条件下 的催化剂上难以发生。在 反应气氛中 有水存在的条件下, NH4NO3路径”与“亚硝酸盐路径”在 V2O5/WO3-TiO2催化剂上都能发生,并且 150 oC时在催化剂表面硝酸盐与吸附 NH3的数量也有所增加。但水 的共存与 吸附抑制了 NO与吸附 NH3物种的反应,从而降低 NH3-SCR活性。
     研究了K中毒对 V2O5/WO3-TiO2催化剂与 Ce掺杂的 V2O5/WO3-TiO2催化剂的 SCR活性的影响,发现 Ce的掺杂显著提高了 V2O5/WO3-TiO2催化剂的抗 碱金属中毒 性能 。 当 K/V摩尔比为 4时, Ce掺杂的 V2O5/WO3-TiO2催化剂依然在350 oC以上区间具有 90%的 NOx转化率 ,而 V2O5/WO3-TiO2催化剂此时已完全失活。 通过 in situ DRIFTS、 NH3-TPD、 XPS与 H2-TPR研究了催化剂的碱金属中毒机制。研究表明 Ce的掺杂使得 K中毒后的 CeO2-V2O5/WO3-TiO2催化剂保留了更多的 氧化还原 位点,是其相较 V2O5/WO3-TiO2催化剂具有更优抗 碱 金属中毒 性能 的主要原因。

页码109
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/43683]  
专题生态环境研究中心_大气污染控制中心
推荐引用方式
GB/T 7714
晏子頔. 改进型钒钨钛NH3-SCR催化剂的构效机制研究[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2020.
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