Mn改性γ-Fe2O3催化剂低温SCR脱硝性能研究
NH3选择性催化还原NOx(Selective catalytic reduction of NOx with NH3，NH3-SCR)技术因具有高选择性和高效性，被广泛应用于燃煤电厂等固定源烟气中氮氧化物(NOx)的脱除。与传统NH3-SCR技术不同，低温NH3-SCR技术将SCR反应器置于除尘器和脱硫塔之后，可同时避免粉尘和微量元素的不利影响，有效减缓催化剂的SO2中毒问题，且便于与现有锅炉系统匹配，受到国内外学者的广泛关注。但目前催化剂在低温(＜200℃)下的SCR活性问题尤为突出，如活性低、温度窗口窄等。因此，迫切需要研究和开发与该技术相匹配的高效低温SCR催化剂。本文针对磁性γ-Fe2O3催化剂低温(50～200℃)SCR活性较低的问题，提出采用助剂改性的方法来研发具有高活性的新型铁基低温SCR脱硝催化剂，揭示滴定方法及煅烧温度等制备条件对催化剂低温SCR性能的影响规律，同时考察了微波干燥对其低温SCR脱硝性能的优化机理。 1、助剂添加对γ-Fe2O3催化剂低温改性的研究结果表明，Mn是优化γ-Fe2O3催化剂低温SCR脱硝性能的最佳助剂，且其最佳掺杂物质的量比为0.3; Mn掺杂能显著提高γ-Fe2O3催化剂的低温SCR脱硝活性，并拓宽其活性温度窗口;Fe0.7Mn0.3O2-催化剂的最高NOx脱除率为100％，较γ-Fe2O3提高了近75个百分点。向γ-Fe2O3催化剂中掺杂Mn后，催化剂在低温下氧化NO为NO2的能力增强，且Mn的掺杂能优化γ-Fe2O3催化剂的孔隙结构及孔径分布，增大其比表面积和比孔容，并与催化剂中铁氧化物相互作用形成良好固溶体，从而提高γ-Fe2O3催化剂的低温SCR活性。 2、在上述研究的基础上，系统考察了滴定方法和煅烧温度等对改性铁基催化剂低温SCR脱硝性能的影响规律及优化机理。结果表明，与正向滴定法相比，反向滴定法能提高Fe0.7Mn0.3O2催化剂的低温SCR活性，优化其活性温度窗口;350℃煅烧所得Fe0.7Mn0.3O2催化剂的低温SCR脱硝活性最佳，其NOx脱除率在70℃时即高于90％，100～200℃可维持100％;煅烧温度过高时，催化剂发生烧结且有α-Fe2O3生成，不利于低温SCR反应的进行。较大的比表面积和比孔容、发达的孔隙结构、宽泛的孔径分布及适宜结晶度的高纯度γ-Fe2O3是Fe0.7Mn0.3O2-R和Fe0.7Mn0.3O2-350催化剂具有优良低温SCR脱硝性能的重要原因。 3、研究了不同干燥工艺参量及微波参数对改性铁基催化剂低温SCR脱硝性能的影响规律，并分析了微波干燥优化催化剂低温SCR性能的原因。结果发现，微波技术优化Fe0.7Mn0.3O2催化剂低温SCR脱硝性能的主要机理是，微波干燥制备Fe0.7Mn0.3O2催化剂的过程中，CO32-的存在能够稳定γ-Fe2O3晶相，保证催化剂中γ-Fe2O3的纯度。微波参数能够显著影响催化剂的低温SCR活性，经P30、25min处理过的Fe0.7Mn0.3O2催化剂具有最优的低温SCR脱硝活性，其NOx脱除率在60℃时即达98％，并在70～200℃范围内维持100％;过高的微波功率会降低Mn氧化物的分散度，致使催化剂孔结构坍塌并降低其比表面积。 此外，本文初步考察了Fe0.7Mn0.3O2催化剂的抗SO2及抗H2O中毒性能，发现SO2对催化剂的低温SCR脱硝活性造成不可逆的不利影响，反应气体中存在0.03％ SO2时，在125℃下，催化剂的NOx脱除率由100％最终降至72.8％;H2O对催化剂的低温SCR活性存在可逆的抑制作用，100℃时，5％H2O的存在会显著降低催化剂的低温SCR活性，当反应温度升至125℃时，其对催化剂SCR活性的抑制作用明显减弱。
氮氧化物;低温选择性催化还原;γ-Fe2O3催化剂;烟气处理
山东大学
硕士
热能工程
路春美
2015
中文
X701
78
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）