亚微米级分子筛在NH3-SCR领域的应用

微孔分子筛SSZ-13与SAPO-34由于其较小的开孔尺寸,抗积碳能力强,并且在负载铜离子后,可以表现出优异的NH3-SCR(氨选择性催化还原)催化活性。为了满足越来越低的氮氧化物的排放限值。本文合成了亚微米级的铜基SSZ-13与SAPO-34催化剂,并利用XRD与SEM表征了催化剂的结构和形貌,进一步比较了自制与商业催化剂的催化活性差异,发现亚微米级的自制催化剂比相应的商业催化剂有着更好的NH3-SCR活性。     

NH3-SCR脱硝催化剂研究进展

综述了NH3-SCR脱硝催化反应机理及近年来文献报道的脱硝催化剂体系(V、Mn、Ce基等过渡金属氧化物和复合氧化物催化剂,Fe、Cu离子交换型分子筛催化剂),并对各种催化剂的优势和不足进行分析评述.虽然目前催化剂体系众多,但催化剂宽裕的高活性操作温窗、高温水热稳定性和耐毒性仍有待提高.最后指出,开发新型催化剂、改善催化...     

制备方法对Fe-Mn-Ox催化剂的NH3-SCR反应性能影响

NO_x是目前主要大气环境污染物之一,去除NO_x是大气净化领域研究的热点,其中Fe-Mn-O_x催化剂去除NO_x的效率较高。对Fe-Mn-O_x催化剂进行了一系列研究,采用共沉淀(CP)、水热(HT)、溶胶-凝胶(SG)方法分别制备了该催化剂,对这3种催化剂的NH_3-选择性催化还原(SCR)性能进行了探究。制备方法对催化剂的活性产生较多影响,影响因素有Mn和Fe物种的存在状态、催化剂的可还原性、催化剂的孔容、催化剂的平均孔径、催化剂的表面酸性等。结果证明,水热法制备的Fe-Mn-O_x催化剂催化活性最佳。     

金属基分子筛型NH3选择性催化还原氮氧化物催化剂的研究进展

氨气选择性催化还原(NH3-SCR)消除氮氧化物(NOx)以其高效、低成本的优势成为目前最具潜力和最广泛应用的固定源脱硝技术.传统的NH3-SCR以V2O5/WOx-TiO2为催化剂,但该类催化剂水热稳定性差,易中毒且其本身就具有毒性,因此开发金属基分子筛催化剂是当前的研究热点之一.本文介绍了分子筛型NH3-SCR催化剂的研究进展,总结了不同金属负载分子筛对选择性催化还原的影响及其反应机理,探讨了催化剂失活的影响因素.     

含铈催化剂NH3-SCR反应机理研究进展

从Ce用为助剂、活性组分、载体三方面,对含铈催化剂NH3-SCR脱硝反应机理进行了综述,并深入探讨含铈催化剂的反应机理,对该领域的进一步发展进行了展望。     

铜基微孔分子筛型脱硝催化剂的研究进展

针对NH₃-SCR技术,以微孔分子筛型铜基脱硝催化剂为核心,从载体活性、抗硫抗水机理以及制备方法 3个方面出发,综述了此类脱硝催化剂的以往研究成果与当前研究进展,并对未来研究方向做出展望。     

FexMnCe1-AC低温SCR催化剂SO2中毒机理研究

以活性炭为载体,通过超声辅助浸渍法制备了一系列Fe_xMnCe_1-AC催化剂,考察了该系列催化剂的低温NH_3-SCR脱硝活性,确立了活性最佳的催化剂,并探究了SO_2对其脱硝性能的影响。结果表明,Fe_(0.1)MnCe_1-AC催化剂低温脱硝活性最高,在120～220℃范围内NO的转化率均在90%以上(无SO_2)。此外,在180℃、SO_2浓度为429 mg/m~3时,该催化剂仍能保持77%左右的脱硝率。通过BET、XRD、XPS、H_2-TPR、NH_3-TPD、FT-IR、TGA等表征手段对催化剂的SO_2中毒机理进行了分析。研究发现,SO_2能与NH_3及催化剂中金属组分生成硫酸铵盐((NH_4)_2SO_4、(NH_4)_2SO_3)、MnSO_4等物质,改变了原催化剂孔道结构并减少了催化剂表面Br?nsted和Lewis酸性位点,抑制了催化剂吸附NH_3的能力。更多地,SO_2促使催化剂中Mn~(4+)、Ce~(3+)、Fe~(3+)和Fe~(3+)—OH~-基团数量下降,表面可还原物质减少,从而降低了催化剂的脱硝活性。     

锰基低温NH3-SCR催化剂脱硝及抗硫性能研究进展

催化剂是SCR脱硝的核心技术,在SCR脱硝系统中,经除尘和脱硫后烟气温度通常低于200℃,因此开发低温脱硝催化剂为研究重点。本文分别综述了非负载型和负载型锰基低温脱硝催化剂,其中主要探讨了TiO_2、活性炭、炭纳米管、 CeO_2为载体的负载型锰基低温脱硝催化剂。分析了SO_2中毒过程以及抗中毒的催化剂。并对锰基低温脱硝催化剂进一步研究方向进行了展望。     

过渡金属/分子筛催化剂上选择性催化还原氮氧化物的研究进展

综述了近十年来过渡金属/分子筛催化剂上氨和碳氢化合物选择性催化还原NOx方面的研究进展。在NH3-SCR体系,着重介绍了铜基和铁基分子筛催化剂的研究状况,探讨了分子筛催化剂在该体系中的失活原因;在HC-SCR体系,总结了不同过渡金属、分子筛类型、还原剂、H2O和SO2等对催化剂活性的影响,探讨了目前比较公认的碳氢化合物选择性催化还原NOx的反应机理。最后展望了分子筛催化剂在选择性催化还原NOx领域今后的研究方向。     

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℃）。     

Comparison study of Na poisoning effect on copper-based chabazite micropore catalysts for NH3-SCR reaction

Using wet impregnation method to mimic alkali metal poison of ammonia-selective catalytic reduction (NH₃-SCR) catalysts, Cu-based micropore zeolites Cu/SSZ-13 and Cu/SAPO-34 with different Na contents(mass fraction) were prepared, and the Na poisoning mechanism on them was studied. The results show that the externally introduced Na ions can severely affect the NH₃-SCR catalytic activity of the two catalysts, resulting in the collapse of the crystal structure of the catalyst, the decrease of acidity and the reduction of active species. In detail, when Na content was less than 1.82%, Cu/SAPO-34 has higher resistance of Na ions than Cu/SZZ-13; while when Na> 3.48%, Cu/SAPO-34 catalysts almost deactivated thoroughly. By structural characterization (BET, XRD and SEM) and acidity characterization (DRIFTS, NH₃-TPD and H₂-TPR), it was found that with Na poisoning deeper and deeper, Cu/SSZ-13 took a gradual style of the structural destruction, but Cu/SAPO-34 adopted a sudden way. Studies on the mechanism of Na poisoning show that the decrease of acid sites is the main reason for the decrease of SCR activity of Cu/SSZ-13, and the structural collapse is the main reason for the decrease of SCR activity of Cu/SAPO-34.     

涂层组分对堇青石脱硝催化剂性能的影响

为了探究涂层组分对整体式低温选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂性能的影响,本文使用锰氧化物（MnO _x ）、氧化物涂层（TiO₂、SiO₂及Al₂O₃）、堇青石（CC）基体制备整体式涂层催化剂,考察催化剂牢固度以及脱硝活性。结果表明：在200℃ 时,对于MnO _x /Al₂O₃/CC催化剂,MnO _x 负载率为6%（质量分数）时脱硝效率最高为95%;对于MnO _x /TiO₂/CC,负载率为6%~12%时脱硝效率相差不大,为75%左右;对于MnO _x /SiO₂/CC,负载率12%时脱硝效率80%。样品牢固度排列顺序如下：MnO _x /Al₂O₃/CC > MnO _x /SiO₂/CC > MnO _x / TiO₂ /CC。通过BET、SEM、TG、Raman、H₂-TPR等测试与分析方法发现：影响催化剂性能的因素主要为活性组分MnO _x 状态以及载体性能的差异。Al₂O₃涂层比表面积适中,作为载体活性好;SiO₂涂层虽然比表面积大、牢固度好,但作为载体活性差;TiO₂作为涂层比表面积较小,溶胶中溶剂挥发快使得涂层表面不均匀。     

The origin of15NH3 produced from the reaction of14NH3 and15NO over vanadia-based SCR catalysts

The effects of H₂O and the vanadia content of the catalyst on the formation of¹⁵NH₃ during the reaction of¹⁵NO and¹⁴NH₃ in the absence of O₂ over V₂O₅-based catalysts have been determined by mass spectrometry and Fourier transform infrared spectroscopy. At 450°C, the contribution of¹⁵NH₃ to the total nitrogen-containing products remains constant at about 20% for water concentrations from 0 to 1.6%. The vanadia content also has little effect on the proportion of¹⁵NH₃ produced. Combination reactions producing¹⁴N¹⁵N and¹⁴N¹⁵NO consume surface oxygen species and oxygen mass balances indicate that the amount of¹⁵NH₃ formed is determined by the extent of these combination reactions. Small concentrations of O₂ (<300 ppm) were sufficient to prevent the formation of¹⁵NH₃. The reduction of NO by H₂ was also studied. Negligible amounts of NH₃ were formed under dry feed conditions, whereas, in the presence of 1.6% H₂O,¹⁵NH₃ represents about one third of the products. A mechanism involving reaction of an adsorbed N_s species with H₂O is used to account for these experimental observations.     

掺杂元素对Mn基催化剂SCR性能及抗硫性能的影响

采用溶胶凝胶法制备M-Mn/TiO₂催化剂,M=Fe、Ce、Ni、Sm、Cu,考察掺杂元素对催化剂SCR性能和抗硫性能的影响,并采用XRD、H₂-TPR表征手段考察掺杂组分对催化剂性质的影响。结果表明,掺杂金属元素后,催化剂的晶粒尺寸和还原性能发生变化,表现为Fe、Ni的掺杂明显降低催化剂粒径尺寸而Ce、Sm、Cu的掺杂增加了粒径尺寸;Cu和Ni的掺杂有利于提高催化剂的还原性能。SCR实验结果表明,Cu、Sm的掺杂在整个反应温度区间内都会抑制催化剂脱硝活性,而Fe、Ni、Ce的掺杂主要抑制低温活性,在高温阶段则会促进反应的进行。掺杂金属元素后催化剂T₈₀活性窗口顺序为：Fe-Mn/TiO₂＞Ni-Mn/TiO₂＞Ce-Mn/TiO₂≈Mn/TiO₂＞Sm-Mn/TiO₂＞Cu-Mn/TiO₂。Sm-Mn/TiO₂和Ce-Mn/TiO₂能保持与Mn/TiO₂基本相似的抗硫性能,但掺杂Fe、Cu、Ni会导致催化剂在较短时间内因硫中毒失活,尤其是Fe-Mn/TiO₂催化剂的活性中心受SO₂硫酸盐化影响最大,但是水洗再生之后其活性基本恢复,且Fe-Mn/TiO₂和Ni-Mn/TiO₂催化剂的抗硫中毒性能在水洗后得到提高。     

碱金属化合物对V2O5/AC催化剂低温脱硝的影响

研究了碱金属化合物(K₂SO₄)对活性炭(AC)担载五氧化二钒(V₂O₅)组成的V₂O₅/AC催化剂的低温脱硝活性的影响。发现在V₂O₅/AC催化剂表面负载碱金属化合物(K₂SO₄)后其脱硝活性大大降低。用等体积浸渍法制备了V₂O₅/AC催化剂和K_x-V₂/AC(x=0.5,1,2)催化剂。采用5种模型对动力学实验数据进行关联。结果显示,无论V₂O₅/AC催化剂是否负载K₂SO₄,Eley-Rideal模型均比其他模型可更好地描述SCR脱硝反应,碱金属化合物(K₂SO₄)的存在提高了反应活化能,但并不改变反应机理。     

Fe改性Cu-SSZ-13的方法对催化剂NH3-SCR脱硝性能的影响

为了解决柴油车尾气中的NO_x污染环境的问题,分别用离子交换法（IE）、湿浸渍法（IWI）和固态离子交换法（SSIE）制备了3种Fe/Cu-SSZ-13分子筛催化剂,考察了其对NH₃选择性催化还原NO（NH₃-SCR）的催化性能,并运用XRD、BET、FTIR、UV-Vis DRS,H₂-TPR等方法对催化剂进行了表征。结果表明,经Fe改性Cu-SSZ-13后,催化剂有很好的抗高空速性能、较宽的温度窗口、很好的水热稳定性和更好的高温还原能力。制备方法对Fe/Cu-SSZ-13的脱硝活性影响不同,在150～400℃温度范围时,3种催化剂的SCR活性顺序为：Fe（5.5%）-IE >Fe（5.4%）-SSIE >Fe（5.5%）-IWI;然而高于400℃时,SCR活性顺序为：Fe（5.5%）-IE >Fe（5.5%）-IWI >Fe（5.4%）-SSIE。表征结果显示,3种方法制备的催化剂进行比较,离子交换法制备的Fe含量为5.5%的催化剂表现出最好的水热稳定性、最大的比表面积以及最好的催化活性,其在175～500℃内NO的转化率达到90%以上,因此Fe（5.5%）-IE是首选的NH₃-SCR催化剂。     

焙烧程序对一步合成Cu-SSZ-13催化剂NH3-SCR性能的影响

焙烧程序影响一步合成法制备Cu-SSZ-13催化剂中Cu物种的种类及分布,是影响催化剂在NH₃选择性催化还原（NH₃-SCR）氮氧化物反应中催化性能的重要因素。为研究焙烧程序对该方法制备Cu-SSZ-13催化剂性能的影响,采用不同的焙烧温度及升温速率制备Cu-SSZ-13催化剂,并考察各催化剂的催化活性、水热稳定性及活性物种形态。结果表明焙烧温度不改变催化剂的晶型结构,但影响催化剂的活性物种形态及稳定性。当焙烧温度为600℃时,催化剂中Cu物种全部为孤立的Cu²⁺,并具有极高的稳定性,催化剂具有最佳的活性及水热稳定性。固定焙烧温度为600℃,随升温速率的提高,催化剂活性及水热稳定性表现出下降趋势,考虑经济成本,最佳的升温速率应为1℃/min。因此,以1℃/min的升温速率升至600℃焙烧6h是一步合成法制备Cu-SSZ-13催化剂的最佳焙烧程序,所得催化剂具备优异的NH₃-SCR活性和水热稳定性。     

Nitrogen dioxide effect in the reduction of nitric oxide by propane in oxidizing atmosphere

The role of nitrogen dioxide in the selective reduction of NO by propane over a Cu-MFI zeolite is investigated. NO₂ and NO reductions were carried out under similar conditions of reaction. In the presence of oxygen, the reduction of NO by C₃H₈ does not differ significantly from that of NO₂. In the absence of oxygen, the reduction of NO₂ by propane occurs with a partial decomposition of the nitric dioxide molecule. Such a decomposition leads to the formation of oxygen, which is responsible for the increase in catalytic activity by comparison with the same reaction performed with NO. NO₂ formed and released in the gas phase during the reduction of NO by propane in the presence of oxygen does not play a predominant role in the catalytic process.     

NH3-SCR工艺中硫酸铵盐的生成与分解机理研究进展

以氨为还原剂的选择性催化还原（NH₃-SCR）脱硝法具有脱硝效率高、选择性好和技术完善等优点,是目前应用最广泛的燃煤电厂等行业的烟气脱硝技术。然而,烟气中的SO₂流经SCR催化剂时,在V₂O₅的催化作用下部分氧化为SO₃,随后与NH₃和水蒸气反应生成硫酸氢铵和硫酸铵。当烟气温度低于硫酸铵盐的凝结温度时,会沉积在催化剂、空预器及其附属设备上,引发诸多严重的问题。本文首先介绍了硫酸铵盐的形成机理,随后从反应物浓度和反应温度等角度概括了影响硫酸铵盐生成的因素,分析了硫酸铵盐的沉积及其所带来的危害。然后介绍了硫酸铵盐的分解机理,重点分析了催化剂与硫酸氢铵之间的相互作用,指出了这种相互作用对硫酸氢铵分解的影响,由此提出了控制硫酸铵盐生成的措施。最后指出,系统研究NH₃-SCR工艺中硫酸铵盐的生成与分解机理将为催化剂的失活与再生、低温SCR催化剂的开发和燃煤机组等相关设备的设计和运行优化等提供理论依据。