负载型Co改性VPO催化剂的制备及催化氧化NO的性能研究

作     者：邵娜娜 

作者单位：安徽工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾勇;张长伟

授予年度：2018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] 

主      题：NO催化氧化 Co掺杂 改性 VPO/TiO2 抗硫抗水性 

摘      要：燃煤排放的氮氧化物(NO)(NO95%)是我国目前主要的大气污染物之一,国内外普遍采用选择性催化还原(SCR)技术控制NO。但是NO也是资源,若将不溶于水的NO氧化为溶解度较大的NO,再采用氨将其与SO一并脱除,可实现硫、氮资源的同步回收,将会是一种极具应用前景的脱硝技术。对于氧化NO为NO,应用较多的是无需添加氧化剂且无二次污染的催化氧化法(SCO),此法的关键是催化剂。然而烟气中存在的酸性气体SO易吸附在催化剂表面导致活性组分硫酸盐化,进而导致催化剂中毒。根据增强催化剂表面酸性能抑制SO的吸附,进而提高催化剂抗中毒性的理论,本文以钒为活性前驱物,添加磷酸制备钒磷氧化物(VPO)并负载在载体TiO上以增加活性位曝露量,掺杂过渡金属助剂Co进一步地调控钒磷氧化物表面Br?nsted、Lewis酸性位。本文主要对制备所得的VPO-Co/TiO催化剂的特性、催化氧化NO的机理与抗中毒性进行了研究。利用活性测试筛选出了催化剂VPO-Co/TiO的最佳制备条件,结果表明P/V摩尔比为0.33,Co/V为0.07,VPO-Co负载量为10%,催化剂焙烧温度为450℃,反应温度为350℃时,NO氧化率可达71%。另外,利用BET、H-TPR、SEM、XPS和FTIR等表征手段研究了催化剂10VP(0.33)O-Co(0.07)/TiO的特性。结果显示,掺杂钴催化剂具有结晶程度较好、比表面积大、中孔比例高、氧化还原性强等特点;SEM结果表明此催化剂的活性组分具有较完整的“玫瑰花瓣结构,有利于提高催化剂活性;XPS测试结果表明该催化剂表面吸附氧较多,能够促进NO的氧化,另外,还显示钴以CoO的形式对催化剂起主要作用;此外,FTIR显示催化剂催化氧化NO的活性相是焦磷酸氧钒(VO)PO。根据催化剂表征、结构等得出该催化剂催化氧化NO的机理为活性位V=O与V=O发生协同作用,取得较好的NO氧化率。对催化剂进行了SO与HO蒸汽活性测试。结果为当烟气中通入600 ppm SO与4vol.%HO时,催化剂VPO-Co/TiO的NO氧化率可达67%,而催化剂VPO/TiO的NO氧化率仅有50%,对通硫通水后的催化剂VPO-Co/TiO进行了FTIR表征,结果为没有SO生成,进一步地NH-IR表征表明钴的掺杂促进了催化剂中较多的Br?nsted酸性位产生,增加了催化剂表面酸性进而增强了抗中毒性。另外,研究了工艺条件对催化剂催化氧化NO的影响。结果显示NO氧化率随反应空速的增加而下降,当空速为5000 h时,NO氧化率达92%,空速为15000 h时,NO氧化率达71%;NO氧化率随NO进口浓度增大而减小;NO氧化率随氧含量的增加而逐渐增加,当氧含量较大时其变化不明显。动力学研究表明10VP(0.33)O-Co(0.07)/TiO催化剂催化氧化NO的反应对NO的反应级数是0.80,对O的反应级数是1.52,同时NO与O在催化剂上的内、外扩散对NO催化氧化的影响可以忽略。