Mn负载量对NSR催化剂NO_x存储性能的影响

为了研究Mn负载量对NOx存储还原(NSR)催化剂NOx存储性能的影响,采用溶胶凝胶法结合浸渍法制备了一系列不同Mn负载量的1Pt/15Ba/15Ce/xMn/γ-Al_2O_3(1、15、x表示其后元素的质量百分数,x=0、2、4、6、8和10)复合型NSR催化剂。利用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)分析仪和扫描电子显微镜(SEM)对催化剂的理化性能进行表征;并利用模拟气试验平台测试了催化剂的NOx完全存储性能。结果表明,不同Mn负载量的NSR催化剂整体结晶状况良好,Mn元素以Mn_2O_3和MnO2形式存在;Mn元素添加后,1Pt/15Ba/15Ce/8Mn/γ-Al_2O_3比表面积最大;γ-Al_2O_3主要是以多边形状和长棒状的形态存在,各活性组分分散较为均匀;1Pt/15Ba/15Ce/8Mn/γ-Al_2O_3的存储能力最强,存储效率为89.47%,NO_x存储量达689.43μmol/g;催化剂的NOx存储量由大到小依次为8Mn10Mn6Mn4Mn2Mn0Mn;在10%的O2气氛下,1Pt/15Ba/15Ce/8Mn/γ-Al_2O_3催化剂的NOx存储能力最强。     

Pt对Ba-Ce/γ-Al_2O_3催化剂低温还原和脱除NO_x的影响

为研究稀燃氮氧化物捕集催化剂的低温还原和脱除NOx排放性能,通过浸渍法制备了Ba-Ce/γ-Al_2O_3和Pt/BaCe/γ-Al_2O_3催化剂,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对其理化性质进行了表征.结果表明:Ba-Ce/γ-Al_2O_3催化剂各组分结晶和分散良好,且晶粒尺寸较小;添加铂(Pt)后,对催化剂形貌产生了显著影响,主要由近似球形颗粒变为了块状物质.在催化剂表面,Pt~(0+)是Pt的主要存在形式,也存在少量PtO_x;Ce主要以Ce~(4+)存在,且存在少量Ce~(3+),Ce~(4+)和Ce~(3+)的共存有利于活性氧在催化剂表面的迁移;最后通过H2程序升温还原(H2-TPR)和基于模拟气试验平台的NO_x存储还原(NSR)循环试验对催化剂的催化活性进行了分析,结果表明:添加Pt后,催化剂的还原温度降低了220,℃,NO_x存储还原循环平均转换率提高了12.1%,.     

煅烧温度影响MnOx/ZSM-5催化NO氧化性能研究

采用浸渍法制备了一系列不同煅烧温度(350~650℃)的MnO_x/ZSM-5催化剂,使用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)和N_2吸附/脱附等技术对催化剂特征进行了测试。结果表明,煅烧温度对于MnO_x/ZSM-5催化剂催化NO氧化的活性有显著影响,与350℃下煅烧样品相比,550℃煅烧后样品最大NO转化率提高7%。较高的煅烧温度有利于Mn_2O_3的生成,在煅烧温度高于550℃后,Mn_2O_3成为催化剂表面的主要晶相。但提高煅烧温度,会导致催化剂表面分散度和比表面积降低,还原性能和晶格氧含量下降,不利于催化反应的进行。在反应器入口NO体积分数0.1%,体积空速约17 000 h~(-1)的实验条件下,550℃煅烧后的催化剂样品表现出最佳的催化NO氧化效率,350℃时NO转化率达到46.8%。但MnO_x/ZSM-5抗硫性能较差,还需进一步优化制备方式以提高其含SO_2氛围下的适用性。     

复合型NSR催化剂的开发及性能验证

为了开发出同时具有优良的NO_x储存和还原性能的催化剂,采用改进的溶胶凝胶法,制备了兼具贵金属和钙钛矿类优点的复合型NSR催化剂Pt/Ba/Ce/γ-Al_2O_3,通过X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、扫描电子显微镜(SEM)等技术对催化剂的孔结构及微观形貌进行了评价,并与Ba/Ce基催化剂进行了对比;并采用程序升温脱附试验(TPD)、程序升温表面反应(TPSR)和完全存储还原试验等方法测试了催化剂的热稳定性及脱附还原性能。研究结果表明:Pt/Ba/Ce/γ-A_l2O_3在孔结构及微观形貌方面均优于Ba/Ce基催化剂,同时具有良好的热稳定性及脱附还原性能,是一种性能优良的NSR催化剂。     

过渡金属氧化物(MnO_x-CeO_2)改性铜基催化剂的低温SCR脱硝性能研究

利用溶胶凝胶法,将过渡金属氧化物(MnO_x-CeO_2)掺杂到铜基催化剂CuO/γ-Al_2O_3上,制备了不同配比的CuO-MnO_x-CeO_2/γ-Al_2O_3催化剂颗粒,采用程序升温方法在催化反应效能评价系统里测试了其在模拟烟气条件下的低温SCR脱硝性能。利用比表面积测试仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对催化剂进行表征分析,分析了MnO_x-CeO_2改性铜基催化剂低温SCR脱硝的反应机理。结果表明:6%CuO-5%MnO_x-10%CeO_2/γ-Al2O3的催化剂颗粒在100~200℃内的脱硝效率保持在80%以上;SO_2和H_2O对SCR脱硝反应均有抑制作用;O_2是SCR反应持续进行的必要条件。     

掺杂Ce/Zr对γ-Al_2O_3(110)表面的影响

采用密度泛函理论(DFT)计算了掺杂Ce/Zr时γ-Al_2O_3(110)表面能量的变化,探讨了其对γ-Al_2O_3(110)表面的影响.结果表明,掺杂Ce/Zr有利于g-Al_2O_3(110)表面氧空穴位的形成,从而促进氧分子的吸附和分解,增加表面活性氧数量.掺杂Ce可促进g-Al_2O_3(110)表面对NO的吸附,但不利于对NH3的吸附.掺杂Zr可促进g-Al_2O_3(110)表面对NO和NH3的吸附.     

CuO-ZnO/γ-Al_2O_3催化剂分解N_2O的性能研究

以CuO为活性组分、ZnO为助剂、γ-Al_2O_3为载体,采用等体积浸渍法制备了一系列CuOZnO/γ-Al_2O_3型直接分解N_2O催化剂,考察了活性组分和助剂含量、烟气工况对催化剂分解N_2O活性的影响,开展了催化剂的稳定性测试,并对催化剂进行了表征.结果表明:CuO质量分数为15%时催化剂的分解活性最高,ZnO助剂的掺入可以明显提高催化剂对N_2O的转化率,烟气中O2和H_2O的存在则会抑制催化剂的活性.15Cu-30Zn/γ-Al_2O_3催化剂在650℃、空速为21 000h~(-1)、含O_2和H_2O的烟气条件下,在100h的连续测试中,N_2O转化率稳定维持在90%以上,具有良好的高温抗氧和抗水蒸气抑制性能以及稳定性.     

Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化裂解生物质制氢研究

在自行研制的生物质连续热解反应装置上进行了稻壳连续热解和二次催化裂解制氢试验研究,所用Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂采用浸渍法制备。考察了Fe/Al催化剂焙烧温度及二次催化裂解温度对裂解气中H_2含量和裂解液体组分的影响。试验结果表明:Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂对H_2有较大的选择性,当Fe/Al=0.7、催化剂焙烧温度为550℃、二次裂解温度为700℃时,H_2产率达到34.8%;稻壳直接二次裂解液体产物中主要为醋酸,含量达49.44%,催化裂解后主要为丙酮,含量达到50.56%。     

Cu-Ru-Co/γ-Al_2O_3催化剂费托合成生物质合成气性能研究

采用浸渍法制备Cu-Ru-Co/γ-Al_2O_3催化剂,对模拟生物质空气气化生物质合成气费托合成的性能进行研究,考察催化剂活性组分含量对催化剂性能的影响,并对催化剂进行BET、XRD、H_2-TPR以及SEM表征。结果表明Cu-Ru-Co/γ-Al_2O_3催化剂具有较高的活性和C_(5+)选择性,这主要是由于催化剂具有高表面积、适宜的孔分布以及高分散的活性组分。     

溶胶凝胶法制备CuO／γ-Al2O3催化剂及其脱硝活性的研究

用溶胶凝胶法制备了CuO/γ-Al2O3催化剂颗粒,并在固定床上测试其催化脱硝活性.利用程序升温方法研究了CuO/γ-Al2O3催化剂对NH3和NO的氧化性能.结果表明:CuO/γ-Al2O3催化剂在250~400℃范围内脱硝效率达到了85%以上;在350℃时,达到98%;但在400℃时,由于NH3的急剧氧化而使脱硝效率下降.高度分散的活性组分能在一定程度上降低催化剂高温下的氧化性能.CuO/γ-Al2O3催化剂能将NO氧化成NO2,有利于脱硝反应的进行,NH3和NO在催化剂上都存在明显的吸附现象.NO在催化剂上的吸附对脱硝过程有重要作用.     

5%Mn/TiO_2联合臭氧催化氧化NO的性能分析

针对臭氧催化氧化脱除烟气中NO的方法,采用浸渍法制备了5%Mn/TiO_2催化剂,研究了催化剂联合臭氧对NO催化氧化性能的影响.发现n(O_3)/n(NO)1时,催化剂的加入显著提升了臭氧氧化NO的效率.150℃时联合催化氧化NO的效率相对于臭氧单独氧化NO的效率提升了约30%.50℃下,n(O_3)/n(NO)=0.5,联合催化氧化的效率相对于不使用臭氧的单独催化氧化NO提升了约40%.对新鲜的5%Mn/TiO_2催化剂进行了XRD、TGA和H_2-TPR等表征测试以及参与氧化反应前后的催化剂进行了SEM和XPS分析.得知MnO_2、Mn_2O_3和Mn_3O_4是主要活性组分,含有大量Mn~(3+).通过XPS结果分析,可以总结出催化剂促进臭氧分解出活性氧,并吸附在活性金属位点上,再与NO反应生成NO_2.     

MnO_x/ZSM-5催化剂催化NO氧化性能的研究

为实现快速选择性催化还原(SCR)反应条件,开发低成本NO氧化催化剂,采用浸渍法制备了不同Mn负载量的MnO_x/ZSM-5催化剂,采用电感耦合等离子体(ICP)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和N_2吸附/脱附等技术对催化剂特征进行了表征,并考察了其催化NO氧化活性.结果表明:Mn负载量对MnO_x/ZSM-5催化剂催化NO氧化的活性有显著影响,较高的负载量可以提供更多的反应中心,但过高的负载量会导致活性组分在催化剂表面积聚,减小催化剂比表面积和降低表面分散度.Mn负载量为5.2%的样品表现出最佳的NO催化氧化效率,400℃下NO转化率达到50.6%,但低温下催化NO氧化活性较差,还需进一步优化制备条件,以提高MnO_x/ZSM-5催化剂的反应性能.     

臭氧耦合双金属催化剂共同氧化NO和VOC的研究

通过等体积浸渍法合成一系列M-MnO_x/γ-Al₂O₃催化剂(M=Ce、Co、Cr、Fe),用于低温催化臭氧共同氧化NO和邻二甲苯(o-C₈H₁₀)的研究,试验发现,Fe/Mn催化剂表现出最高的催化氧化活性,最佳的温度区间为60～100℃;在NO与邻二甲苯共同存在时,臭氧优先将NO氧化为NO₂,之后NO₂深度氧化与邻二甲苯初步氧化同时进行,最后多余的臭氧将邻二甲苯初步氧化生成的小分子有机物氧化为CO与CO₂;催化剂对不同初始污染物浓度适应性良好,研究结果可为臭氧一体化脱除烟气污染物的工业化推广应用提供依据。     

NO_2/NO_x比例对NSR催化剂存储NO_x性能的影响

为了研究稀燃阶段体积分数比例对NSR催化剂的NO_x存储性能影响,利用改进的溶胶凝胶法结合浸渍法制备了催化剂,并通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)对催化剂的晶型进行分析,以及利用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对催化剂的活性组分价态进行测试.结果表明:晶面尺寸为5.7 nm,且Ce元素主要以Ce~(4+)存在,离子数量比为0.127,表面化学吸附氧与晶格氧的比例离子数量比)为0.561.通过模拟气试验研究了在不同温度下比例对催化剂存储NO_x性能的影响.结果表明:在350℃时,催化剂具有对NO_x的最佳存储性能,存储饱和时NO_x存储量为641.14μmol/gcat;随着比例增加,NO_x溢出速率降低,存储饱和时间增加,表明提高比例能显著提高催化剂的NO_x存储效率.     

不同载体负载的Mn系复合氧化物催化剂性能研究

采用溶胶凝胶法和浸渍法将Mn的氧化物分别负载到TiO2、γ-Al2O32种载体上,通过BET、XRD、H2-TPR和NH3-TPD等表征方法考察了MnOx/γ-Al2O3和MnOx/TiO2催化剂的物化特性,同时在反应器上进行的脱硝活性测试。BET、XRD、SEM测试结果表明:MnOx/γ-Al2O3的孔结构与比表面积优于MnOx/TiO2,而MnOx在TiO2上的结晶度较差,分散性较好,其催化剂疏松结构更有利于反应气体与活性物质充分接触。TPR和TPD结果表明:MnOx/TiO2在低温下有较好的氧化还原能力,但是催化剂表面酸性强度弱于MnOx/γ-Al2O3。脱硝性能测试结果表明:TiO2和γ-Al2O3作为载体的MnOx催化剂均表现出较好的SCR活性,其中当MnOx/TiO2催化剂在低温范围内(80℃~200℃)脱硝效率上升较快,在140℃时,NO转化率已经达到60%以上,在200℃左右,NO转化率达到90%左右,之后随反应温度升高脱硝效率没有明显变化;MnOx/γ-Al2O3在260℃以下,催化剂的活性较差,在380℃时,其NO转化率达到85%。因此,低温条件下TiO2更适合作为MnOx催化剂的载体。     

商用SCR催化剂氧化SO_2性能实验研究

在固定床实验台上,分析研究了温度及不同烟气成分对商用SCR催化剂SO_2氧化性能的影响。实验结果表明:温度对SCR催化剂SO_2氧化能力的影响明显,当温度由250℃增加至450℃时,SO_2/SO_3转换率由0.21%增加至1.92%;在低SO_2浓度范围内,随着SO_2浓度的增加,SO_2/SO_3转换率快速增加,而在高SO_2浓度范围内,SO_2对SO_2/SO_3转换率具有抑制作用;NO对SO_2/SO_3转换率无影响;即使烟气中没有O_2,SO_2也会被催化剂V_2O_5氧化,且0%-3%的O_2浓度对SO_2/SO_3转换率具有明显的促进作用,O_2浓度高于3%时对其影响较小;SO_2与NH_3具有相互抑制的竞争吸附关系。     

SCR气氛下商用V-W/TiO_2催化剂Hg~0氧化特性及优化研究

利用模拟SCR烟气脱汞系统考察了商业V-W/TiO_2及Mn、Ce改性催化剂协同脱汞性能差异,并明确Mn_((0.2))-BSCR的最佳反应温度、空速、氨氮比(NSR)、含氧量。结果表明:商业V-W/TiO_2在低于200℃下Hg~0氧化呈失活态,而Mn和Ce均可有效促进Hg~0氧化向低温偏移;反应温度和空速对Mn_((0.2))-BSCR催化剂脱汞性能均存在明显影响,在反应温度130～210℃、空速7500h~(-1)条件下Hg~0氧化效率可基本保持100%;NH_3对Hg~0氧化抑制效应表现明显温度选择性特征,在230～300℃区间内,氨抑制作用最高达到34.56%;以5%含氧量为饱和值,低浓度O_2含量与Mn_((0.2))-BSCR协同Hg~0转化效率呈直接正相关。     

Ni/KZSM-5催化剂的生物乙醇水蒸气重整制氢催化性能

采用浸渍法制备了Ni/γ-Al_2O_3,Ni/HZSM-5和Ni/KZSM-5 3种负载型催化剂,利用XRD,XPS,BET,NH3-TPD,CO2-TPD和H2-TPR等手段对催化剂的晶相、比表面积、酸/碱性等物化特性进行了表征,并通过固定床反应器对比考察了不同载体的Ni基负载型催化剂对乙醇水蒸气重整制氢的催化性能。实验结果表明:由于HZSM-5的酸性较强,Ni/HZSM-5催化剂不能有效催化乙醇水蒸气重整制氢,主要产物为乙烯;由于KZSM-5具有一定的碱性并有较高的比表面积,Ni/KZSM-5催化剂对乙醇水蒸气重整制氢表现出了较高的催化活性,当反应温度为450℃时,乙醇转化率为100%,氢气选择性达到65.0%,且反应积碳率仅为3.0%;由于载体的碱性较弱,导致产物中含有部分乙烯,降低了氢气选择性,从而Ni/γ-Al_2O_3催化剂的活性低于Ni/KZSM-5催化剂。     

CuO/γ-Al2O3催化剂选择性催化还原NO

利用溶胶凝胶法制备CuO/γ-Al2O3,催化剂颗粒,在固定床上测试催化脱硝活性.CuO/γ-Al2O3在250～400℃范围内脱硝效率达到90%以上.硫化作用后催化剂的最佳温度窗口向高温方向移动.利用程序升温方法研究了.CuO/γ-Al2O3对NH3的氧化性能,经硫化后催化剂NH3的氧化性能下降,降低了催化剂在低温区脱硝活性.NH3和NO的脱附实验显示NH3和NO在催化剂表面存在明显的吸附现象.经硫化经后催化剂增加了对NH3的吸附量,降低了对NO的吸附量.暂态实验证明NH3以吸附态参与反应,而NO以气态或者弱吸附态参与反应.NO的吸附在实际SCR反应过程中影响有限.动力学计算显示溶胶凝胶法制备CuO/γ-Al2O3拥有较低的选择性催化还原反应活化能.     

Ce改性对Cu/SSZ-13催化剂抗钾中毒的影响机理研究

采用等体积浸渍法制备了Ce–Cu/SSZ-13、Ce–K–Cu/SSZ-13和K–Cu/SSZ-13催化剂,通过模拟气试验平台研究了Ce–Cu/SSZ-13、K–Cu/SSZ-13和Ce–K–Cu/SSZ-13催化剂的氨气选择性催化还原(NH₃ selective catalytic reduction, NH₃-SCR)性能,并且利用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、比表面积(brunauer emmett teller, BET)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrometer, XPS)和NH₃程序升温脱附(NH₃ temperature programmed desorption, NH₃-TPD)等表征手段评价碱金属钾(K)对Ce–Cu/SSZ-13催化剂理化性质的影响规律。结果表明,碱金属K的引入使得Cu/SSZ-13催化剂的NH₃-SCR性能下降,导致催化剂出现中毒失活现象。与K–...