柴油车用NH3-SCR铜基分子筛催化剂孤立态Cu2+研究进展

NH₃选择催化还原技术(NH₃-SCR)作为一种高效去除NO_x的手段,已广泛地应用到柴油车尾气脱硝过程当中。车用NH₃-SCR技术常采用铜基分子筛作为催化剂,尾气中的氮氧化物可在催化剂的作用下,与NH₃反应转化为N₂;但在实际应用过程中,N₂O的生成、催化剂的水热老化与尾气中的SO₂会影响铜基分子筛催化剂的脱硝性能。因此,本文以Cu-SSZ-13分子筛催化剂中孤立态Cu²⁺的研究进展为基础,总结了Cu-SSZ-13中两种孤立态Cu²⁺对NH₃-SCR反应与N₂O生成的影响;综述了两种孤立态Cu²⁺对水热老化与SO₂响应的差异;归纳了诱导Cu-2Z生成的手段。同时,本文以Cu-LTA分子筛催化剂的研究现状为例,简要回顾了Cu-LTA中孤立态Cu²⁺的研究进展,对C...     

赤泥催化剂的制备及其对模拟烟气中微量氨的脱除性能

以赤泥固废为原料,采用酸解-碱沉淀法制备了赤泥粉体催化剂,并提出一种将催化剂直接喷入SNCR尾气中的除氨工艺,考察了催化剂加入点温度、空速、NH_3浓度及水蒸气对氨去除能力的影响。研究发现,该催化过程具有很高的活性和N_2的选择性,450℃以上NH_3的转化率可达100%,同时在400～500℃间,N2的选择性高于80%,达到了很好的除氨效果;在500℃,空速为3×10~6～6×10~6h~(-1)之间时,出口NH_3浓度均为0;此工艺对于逃逸NH_3浓度的适用性较强,入口[NH_3]=50×10~(-6)～1000×10~(-6)mol/L范围内均可完全脱除,且具有一定的抗水能力。通过一系列表征发现,该种方法制备的赤泥催化剂不仅消除了原始固废的强碱性,还提高了其表面酸性,具有较高的比表面积、孔容和丰富的表面微观结构,使NH_3的吸附及活化反应能力大大增加;该催化剂过程遵循iSCR机理,在400～500℃温度区间主要发生NH_3-SCO反应,低于400℃主要发生NH_3-SCR反应,粉体催化剂通过NH_3-SCR和NH_3-SCO协同反应达到了去除尾气中微量氨的目的。     

低温NH3-SCR催化剂脱硝工业侧线实验

采用浸渍法制备了低温NH₃-SCR催化剂,并在某硝酸车间进行了超过1 000 h的低温SCR脱硝工业侧线实验,结果表明,在压力0.2 MPa、烟气入口温度230 ℃和空速 5 000 h^-1条件下,脱硝率大于95%,出口NOx浓度低于100×10^-6,催化剂具有良好的活性稳定性。采用BET、SEM和XRD等对催化剂进行表征,结果表明,催化剂实验前后物性和晶相结构没有显著差别。     

Ge改性TiO2对V-Mo-O/TiO2催化剂低温脱硝活性的影响

采用共沉淀法制备Ge改性TiO₂载体，考察了V-Mo-O/xGe-TiO₂催化剂低温氨选择性催化还原(NH₃-SCR)活性和抗硫稳定性。与传统V-Mo-O/TiO₂催化剂相比，Ge的加入可以显著提高催化剂在低温窗口下的脱硝活性，同时使催化剂具有较高的N₂选择性以及稳定的抗硫性。当Ge/Ti原子摩尔比为0.004时，催化剂在180℃时脱硝活性可达92%。N₂吸附-脱附、XRD分析结果表明，Ge的加入增加了催化剂的比表面积和介孔孔容，并稳定了TiO₂的锐钛矿晶型。NH₃-TPD、H₂-TPR以及XPS分析结果表明，Ge改性促进了V、Mo之间的相互作用，增加了V⁴⁺的含量，同时催化剂表面的Br?nsted酸含量进一步增加，并产生额外的Lewis酸，增强表面对氨的吸附活化作用，从而使催化剂表现出低温高活性和高稳定性。     

一步法制备高活性NH3-SCR催化剂Cu-SAPO-34：Si含量的影响

NH₃选择性催化还原（NH₃-SCR）可以有效脱除机动车尾气中的氮氧化物（NO_x）,开发在中低温下具有高活性且环境友好的低成本催化剂是该技术的关键。以廉价的商品吗啡啉为模板剂,新型络合物Cu-TEPA兼作Cu源和共模板剂,一步水热合成法制备出Cu-SAPO-34分子筛。发现随着Si含量增加,Cu-SAPO-34的结晶度逐渐降低,酸性位点和孤立Cu²⁺的数量逐渐减少。通过固定床实验系统研究了3种Si含量的Cu-SAPO-34在不同空速下的NH₃-SCR性能。结果表明,在气体体积空速（GHSV=40000~120000 h^-1）下,Cu-SAPO-34均表现出较优异的SCR活性;当SiO₂/Al₂O₃摩尔比为0.2时,具有理想的低温活性（转化率>90%）和较宽的温度窗口（225~425℃）。     

V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂在柴油机NH3-SCR系统中的性能

针对柴油机运行工况特点及柴油机尾气成分特点,以工业纯锐钛型二氧化钛、偏钒酸铵、偏钨酸铵、钼酸铵为主要原料制备了颗粒状V₂O₅-WO₃-MoO₃/TiO₂催化剂,以Lister Petter TR1重型直喷式单缸柴油机为依托搭建试验台,研究了在真实柴油机尾气环境下催化剂的脱硝性能。结果表明,柴油机负载增大,催化剂脱硝活性呈现下降趋势。1800 r·min^-1时,脱硝活性最大值87.1%在负载25%、反应温度380℃、空速20000 h^-1、氨氮比1.0处取得。柴油机负载不同,导致催化剂活性温度窗口(脱硝活性>70%)发生较大变化,与负载25%相比,负载50%活性温度窗口减小约60℃。增大柴油机负载可以提高NH₃/N₂O反应起始温度,但是同时会导致高温区间(>400℃)N₂O生成量增大。     

煅烧温度对磁性铁钛复合氧化物微观结构及脱硝活性的影响

利用共沉淀微波法构筑新型磁性铁钛复合氧化物催化剂,研究了煅烧温度对其物性结构及NH₃-SCR脱硝性能的影响,揭示了钛掺杂对磁性γ-Fe₂O₃晶体高温热转化及其脱硝性能的优化机制。结果表明：当煅烧温度由300℃升至500℃时,磁性铁氧化物的比表面积、孔容先增大后减小,且较高的煅烧温度促使其γ-Fe₂O₃晶体逐步转变为α-Fe₂O₃晶体,导致磁性铁氧化物表面Fe²⁺和活性氧浓度增大,促使其NH₃-SCR脱硝性能降低;掺杂钛可提高磁性铁氧化物的热稳定性,抑制了高温煅烧下γ-Fe₂O₃晶体向α-Fe₂O₃晶体的不可逆转变和其孔隙结构的坍塌,增大了高温煅烧时磁性铁氧化物催化剂的比表面积和比孔容,合适的煅烧温度为400℃;该煅烧温度下,催化剂低温活性最佳,反应温度高于220℃、空速比60000h^-1时可获得80%以上的NO_x转化效率。     

Cu-SAPO-44分子筛的制备及其C3H6-SCR脱硝性能

分别采用以硫酸铜为铜源、环己胺为单模板剂，以硫酸铜为铜源、环己胺为模板剂、聚乙二醇(PEG2000)为协同模版剂，以Cu-TEPA(四乙烯五胺)和环己胺共模板剂3种制备方法，一步水热合成Cu-SAPO-44分子筛催化剂，用于选择性催化丙烯还原柴油机车尾气氮氧化物(C₃H₆-SCR)。采用X射线衍射、N₂吸附-脱附、扫描电镜、紫外可见光谱、H₂程序升温还原和NH₃程序升温脱附等方法对催化剂进行表征，考察不同模板剂对Cu-SAPO-44物理化学特性和C₃H₆-SCR性能的影响。结果表明，以Cu-TEPA为模板剂制备Cu-SAPO-44时，Cu-TEPA既作为结构导向剂又提供活性铜物种，合成的分子筛结晶度高，铜负载量大，具有更多的活性Cu²⁺和丰富的表面酸性，为C₃H₆-SCR反应提供了大量的活性位点，因此具有最佳的脱硝性能。在含有10%O₂和5%H     

杂多酸改性V-Mo/Ti-W催化剂的宽温SCR脱硝性能

采用等体积浸渍法制备了一系列Keggin型杂多酸改性的V-Mo/Ti-W催化剂,并通过X射线衍射（XRD）、BET比表面分析（BET）、NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征方法对催化剂物化性质进行了表征分析。各项表征分析结果表明,杂多酸改性后的HPAs-V-Mo/Ti-W催化剂相比于改性前的催化剂,平均孔径尺寸更大,可抑制硫酸氢铵沉积,以提高催化剂抗硫性能;与V-Mo/Ti-W样品相比,改性后的催化剂具有更强的NH₃吸附能力、更好的还原性能和更多的化学吸附氧物种,从而表现出更优异的脱硝性能和N₂选择性。杂多酸改性后的催化剂在200~380℃温度范围内、150000h^-1高空速、高浓度SO₂和H₂O存在的模拟烟气中表现出高 NH₃-SCR活性、优异的抗SO₂性能,并保持几乎100%的N₂选择性,可作为燃煤电厂深度调峰的宽温催化剂,具备良好的工业应用价值。     

高热流低流速条件下超临界CO2在小圆管内的对流传热特性

为获取高热流、低流速条件下超临界CO₂的传热规律，开展了超临界CO₂在内径2 mm水平小圆管内对流传热试验研究，并重点探讨了变物性、浮升力和热加速等效应对传热过程的影响。试验参数范围：系统压力7.6~8.4 MPa，质量流速400~500 kg/(m²?s)，热通量0~200 kW/m²，流体温度20~60℃，Reynolds数1.2×10⁴~4.3×10⁴。分别采用Gr/Re ²和Kv作为浮升力效应和热加速效应的判别因子。结果显示，在高热流低流速工况下，浮升力效应显著（Gr/Re ² > 10^-3），同一个截面处的上壁面传热系数始终小于下壁面传热系数。浮升力效应是高热流低流速工况下传热恶化的主要诱发因素。试验中热加速因子较小（Kv < 8.5×10^-7），其效应可以忽略。将试验数据与典型的传热经验关联式作对比，结果表明Liao-Zhao关联式的计算结果与试验结果最吻合。     

Highly efficient subnanometer Ru-based catalyst for ammonia synthesis via an associative mechanism

The industrial manufacture of ammonia (NH₃) using Fe-based catalyst works under rigorous conditions. For the goal of carbon-neutrality, it is highly desired to develop advanced catalyst for NH₃ synthesis at mild conditions to reduce energy consumption and CO₂ emissions. However, the main challenge of NH₃ synthesis at mild conditions lies in the dissociation of steady NN triple bond. In this work, we report the design of subnanometer Ru clusters (0.8 nm) anchored on the hollow N-doped carbon spheres catalyst (Ru-SNCs), which effectively promotes the NH₃ synthesis at mild conditions via an associative route. The NH₃ synthesis rate over Ru-SNCs (0.49% (mass) Ru) reaches up to 11.7 mmol NH₃·(g cat)^-1·h^-1 at 400 ℃ and 3 MPa, which is superior to that of 8.3 mmol NH₃·(g cat)^-1·h^-1 over Ru nanoparticle catalyst (1.20% (mass) Ru). Various characterizations show that the N₂H₄ species are the main intermediates for NH₃ synthesis on Ru-SNCs catalyst. It demonstrates that Ru-SNCs catalyst can follow an associative route for N₂ activation, which circumvents the direct dissociation of N₂ and results in highly efficient NH₃ synthesis at mild conditions.     

硝酸提浓改造过程中高效NH3-SCR脱硝催化剂开发及工业应用

针对硝酸工业装置尾气特点研究开发NH_3-SCR脱硝催化剂,在空速40 000 h~(-1)和入口NOx浓度1 000×10~(-6)条件下,NH_3-SCR脱硝催化剂最佳反应温度为370℃,NOx出口浓度20×10~(-6),脱除率达98%。经过1 000 h寿命评价,脱除率超过95%,脱硝催化剂表现出良好的活性。根据实际需要进行条型和蜂窝型脱硝催化剂工业生产,条型和蜂窝型脱硝催化剂均能满足硝酸装置提浓改造后尾气NOx浓度增加的要求,催化剂效率高,装填量小,系统压降小,NOx出口浓度20×10~(-6),条型脱硝催化剂反应器压降4.5 kPa,蜂窝型脱硝催化剂反应器压降2 kPa。     

铁基载氧体辅助无烟煤焦富氧燃烧动力学分析

流化床铁基载氧体辅助富氧燃烧下传统石英砂床料被铁基载氧体替代,铁基载氧体扩展了传统床料的“热载体”的功能,另承担了“氧载体”的角色,为调节炉内氧分布与煤燃烧过程匹配提供了新思路。本文在热重实验平台探究了10%O₂/90%CO₂气氛下分析纯Fe₂O₃、赤铁矿及钢渣三种铁基载氧体辅助无烟煤焦燃烧特性及动力学。结果表明,相较于纯无烟煤焦燃烧,铁基载氧体辅助燃烧下无烟煤焦的燃烧特性得到显著改善,其中燃烧速率提高29%以上,燃尽温度降低65℃以上,综合燃烧指数提升2倍以上,活化能与指前因子同步增加且表现出“补偿效应”。三种铁基载氧体中分析纯Fe₂O₃对无烟煤焦燃烧特性的改善略优于赤铁矿和钢渣,钢渣可作为流化床铁基载氧体辅助富氧燃烧的床料替代石英砂。     

氨水吸收CO2的吸收热预测模型

基于e-NRTL模型,利用Aspen Plus软件建立了氨水吸收CO₂的吸收热预测模型,验证了NH₃-CO₂-H₂O体系的汽液平衡、液相组成形态并与前人的实验数据做了对比,进而结合负载CO₂的氨水溶液中各离子及分子的变化特征,对CO₂吸收过程的反应热随着CO₂负载量的变化规律进行了预测并与已发表的数据进行了比较。结果表明,该吸收热模型能够准确地实现氨水吸收CO₂过程中汽液平衡、液相反应以及吸收热的计算。氨水吸收CO₂的反应热主要受H₂O的电离、NH₃的电离、NH₂COO^-的生成与水解、CO₂的溶解等反应过程的影响,H₂O的电离过程受NH₃的电离过程的抑制,对于总吸收热的贡献最大, NH₂COO^-的反应则随着CO₂负载量的增加先放热再吸热。随着温度的升高,总吸收热有所降低,当温度为80℃时,在较低的CO₂负载区间[0.2～0.5 mol CO₂·(mol NH₃)^-1],总吸收热约为70.5 kJ·(mol CO₂)^-1。     

ZnO-B2O3玻璃对Li2Zn3Ti4O12-CaTiO3复合陶瓷低温烧结及性能的影响

采用传统固相反应法制备0.94Li₂Zn₃Ti₄O₁₂-0.06CaTiO₃(LZT-CT)复合陶瓷,采用高温熔融法制备ZnO-B₂O₃(ZB)玻璃;以ZB玻璃为烧结助剂,研究了添加不同质量分数(x=0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%)的ZB玻璃对LZT-CT复合陶瓷的烧结特性、物相组成、微观结构以及微波介电性能的影响。结果表明:ZB玻璃能有效地将LZT-CT复合陶瓷的烧结温度从1 175 ℃降低到875 ℃,并促进了LZT-CT复合陶瓷的致密化。当ZB玻璃掺量x≤2.5%时,LZT-CT复合陶瓷中除了LZT、CT相,没有出现其他新相。随着ZB玻璃添加量增加,复合陶瓷的体积密度、介电常数(ε_r)、品质因数(Q×f)均先增加后减小,谐振频率温度系数(τ_f)变化不大,在(-2.25~4.51)×10^-6/℃波动。当ZB玻璃掺量为2.0%时,LZT-CT复合陶瓷在875 ℃烧结2 h,获得最大体积密度(4.22 g/cm³)以及优异的微波介电性能,ε_r=23.9,Q×f=58 595 GHz,τ_f=-0.14×10^-6/℃。     

CuO改性商用选择性催化还原催化剂催化氧化单质汞性能

燃煤烟气中单质汞（Hg⁰）的高效氧化是提高燃煤电厂脱汞效率的关键,为提高传统选择性催化还原（SCR）催化剂氧化Hg⁰的性能,本文采用溶液浸渍法制备了CuO-SCR催化剂,在固定床反应装置上考察了其脱硝协同氧化单质汞性能,并借助BET、XRD和XPS等分析技术对催化剂进行表征。结果表明,CuO的掺杂显著提高了商用SCR催化剂的Hg⁰氧化性能和低温脱硝活性;在200~400℃内,随着反应温度升高和NO+NH₃浓度增大,NH₃对CuO-SCR催化剂的Hg⁰氧化性能抑制作用加强;在350℃、模拟燃煤烟气条件下,随着空速比的减小,催化剂的Hg⁰氧化性能显著提高,NH₃对Hg⁰氧化的抑制作用明显减弱。催化剂表征结果表明,CuO-SCR催化剂表面存在氧化还原反应V⁴⁺+Cu²⁺?V⁵⁺+Cu⁺,增强了催化剂的催化活性。Hg⁰在CuO-SCR催化剂表面的氧化过程遵循Mars-Maessen机制,能够有效增强催化剂的Hg⁰氧化性能。     

硅藻土负载TiO_2光催化剂的制备及其应用

以钛酸丁酯为前驱体,多孔硅藻土为载体,采用溶胶-凝胶法制备硅藻土负载TiO_2光催化剂。通过SEM、XRD、FT-IR和N2吸附-脱附等对其形貌、表面组成及晶体结构进行表征。以1μg·m L-1氨氮废水溶液为目标降解物,太阳光为光源,研究硅藻土负载TiO_2催化剂的光催化活性。结果表明,采用500℃焙烧3 h的硅藻土负载TiO_2光催化剂,光照180 min,对氨氮的去除率为78.5%。     

用CuO/A12O3/堇青石催化剂选择性催化还原脱硝的实验和动力学研究

The CuO/γ-Al2O3/cordierite catalyst, after being sulfated by sulfur dioxide (SO2) at 673 K, exhibits high activities for selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxide (NO) with ammonia (NH3) at 573-723 K. The intrinsic kinetics of SCR of NO with NH3 over CuO/γ-Al2O3/cordierite catalyst has been measured in a fixed-bed reactor in the absence of internal and external diffusions. The experimental results show that the reaction rate can be quantified by a first-order expression with activation energy of 94.01 kJ&#8226;mol&#61485;1 and the corresponding pre-exponential factor of 3.39×108 cm3&#8226;g&#61485;1&#8226;s&#61485;1 when NH3 is excessive. However, when NH3 is not enough, an Eley-Rideal kinetic model based on experimental data is derived with Ea of 105.79 kJ&#8226;mol&#61485;1, the corresponding A of 2.94×109 cm3&#8226;g&#61485;1&#8226;s&#61485;1, heat of adsorption ΔHads of 87.90 kJ&#8226;mol&#61485;1 and the corresponding Aads of 9.24 cm3&#8226;mol&#61485;1. The intrinsic kinetic model obtained was incorporated in a 3D mathematical model of monolithic reactor, and the agreement of the prediction with experimental data indicates that the present kinetic model is adequate for the reactor design and engineering scale-up.