高效铈基氧化物催化剂用于NH3选择性催化还原NOx

作     者：黄海丽 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张晋华;单文坡

授予年度：2015年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：铈基氧化物 NH3选择性催化还原 NOx催化去除 SCR活性 均匀沉淀法 

摘      要：NH3选择性催化还原NOx技术(即NH3-SCR技术)被认为是最有希望全面应用于柴油车尾气NOx净化的技术之一。催化剂是整个NH3-SCR系统的核心和关键。由于移动源柴油车的工况通常不稳定,且安装催化剂的空间很小,所以应用于柴油车尾气NOx去除的催化剂必须具有很宽的活性温度窗口、耐高空速性能以及优异的低温活性,而现有的催化剂体系仍存在一定的问题,因此开发高效、稳定、环境友好的新型催化剂对NH3-SCR技术在柴油车尾气NOx去除方面的实际应用具有重要意义。本文采用简单易行的均匀沉淀法制备出CeO2/WO3-TiO2催化剂,从制备过程中沉淀时间对CeO2/WO3-TiO2催化剂脱硝活性影响进行研究,并对催化剂的耐高空速能力和抗H20抗S02性等进行考察;同时,利用N2物理吸附、XRD、SEM-EDS、XPS、H2-TPR、 NH3/NOx-TPD等多种表征方法对催化剂的构效关系进行探讨,对均匀沉淀法所制备的催化剂的优异催化性能及Ce活性组分的催化作用进行研究。具体研究成果如下：沉淀时间为12 h的Ce0.2W0.1TiOx具有优异的NH3-SC R活性,活性温度窗口宽,200,000 h-1空速时在175℃～425℃的范围内可实现80%以上的NOx转化率,且N2选择性高。同时,该催化剂具有优异的耐高空速能力和较强的抗H20抗S02能力,有望实际应用于NH3选择性催化还原去除柴油车尾气中的NOx。根据催化剂制备过程中pH值的变化规律、XPS以及EDS能谱分析结果,推测出CeO2/WO3-TiO2催化剂的形成过程：随着溶液pH值逐渐增大,Ti物种和W物种首先共沉淀出来,然后,Ce物种均匀地沉淀到已经沉淀的W-Ti物种表面。均匀沉淀过程对于在WO3-TiO2表面形成高度分散的Ce02结构非常重要,从而使CeO2/WO3-TiO2催化剂具有优异的NH3-SCR活性。构效关系探讨表明：随沉淀时间的延长,催化剂表面Ce含量逐渐增多,Ce物种与WTiOx载体的作用进一步增强,比表面积也逐渐增大;Ce物种的引入抑制了CeO2/WO3-TiO2催化剂煅烧过程中Ti02的重结晶过程,从而使活性物种得到更好的分散;沉淀时间的延长可以提高催化剂表面活性Ce物种含量,增加催化剂表面氧空位数量,提高催化剂的氧化还原能力,进而增强催化剂低温时将NO氧化为N02的能力,通过“速SCR反应促进催化剂的低温SCR活性;同时,沉淀时间的延长会降低催化剂表面NH3的吸附,有效抑制NH3的非选择性氧化,从而提高催化剂的高温活性和N2选择性。