论文题目: H2选择性还原NO的产物分布和反应机理研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 杨剑斌
导师: 吴迪镛
关键词: 氧化氮,选择性催化还原,微观反应动力学,随机模拟
文献来源: 中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 本文通过H2在贵金属催化剂上低温选择性还原NO的反应过程及热力学分析,开展了H2选择性还原NO 的产物分布和机理的研究。研究表明,在富氧条件下,还原产物中除N2外还有N2O 和NH3的存在。本文在自制的0.1%Pd/Al2O3催化剂上,富氧条件下,考察了反应条件对H2 选择性还原NO 反应的影响。结果表明,随着反应温度的升高,NO 的转化率先增加到最大值后逐步下降,还原产物中N2 和NH3 的选择性也有同样的变化规律,N2O 的选择性随反应温度的增加先降低,再增加。原料气中NO和O2含量的提高都对H2选择性还原NO 的反应有抑制作用,H2含量的提高有利于提高反应活性,H2O 的存在将抑制催化剂的低温活性,对产物的选择性没有影响,而且H2O 的影响是可逆的。这些结果表明,NO 转化率和产物分布与反应气体中NO、H2和O2的相对组成直接相关,也就是说,NO、H2和O2的竞争吸附直接决定了催化剂在反应中的动力学行为。近年来,Dumesic 等人创立了微观反应动力学分析方法,关联基元反应和宏观实验结果,探索实际条件下的反应机理。这种方法已经得到了一定应用,被证明确实行之有效。本文利用Chemical Kinetics Simulator 软件,对H2 还原NO 的复杂反应体系进行随机模拟,成功模拟了富氧和富氢条件下的微观反应动力学模型,得到了反应机理。模拟结果显示,NO、H2和O2之间存在竞争吸附,次序为:NO > O2 > H2,反应机理与反应条件密切相关。通过模拟结果,显示了不同反应条件下,NO 还原机理以及N2O、N2和NH3生成途径的变化情况。在此基础之上,原位红外实验观测到反应机理中涉及的吸附物种。动态实验观察到NO、O2和H2之间的竞争吸附。模拟计算结果与实验结果非常吻合,该机理可以正确描述不同的气体组成和反应温度下,H2选择性还原NO 的反应进程和还原产物分布。
论文目录:
第一章 文献综述
1.1 NOx 的来源与危害
1.2 脱除NOx 的方法
1.3 NOx 的选择性催化还原
1.3.1 氨选择性还原
1.3.2 烃类选择性还原NO
1.3.3 H_2 还原NO
1.3.4 不同催化还原NOx 方法的比较
1.4 反应机理与微观反应动力学研究
1.5 多相催化的计算模型研究状况
1.6 论文工作设想
参考文献
第二章 实验方法和微观动力学模拟
2.1 H_2 还原NO 的实验方法
2.1.1 催化剂的制备
2.1.2 催化剂评价装置和方法
2.1.3 催化剂评价指标
2.1.4 表面吸附物种的原位红外研究
2.2 H_2 还原NO 的微观动力学模拟
2.2.1 化学吸附热的计算
2.2.2 固体表面共吸附原子对吸附物种的影响
2.2.3 基元反应的本征活化能
2.2.4 逸出功和表观活化能
2.2.5 基元反应指前因子的估算
2.2.6 微观反应动力学模型的建立
参考文献
第三章 H_2选择性还原NO 的实验研究
3.1 H_2 选择性还原NO 热力学分析和还原产物预测
3.1.1 反应过程热力学分析
3.1.2 热力学平衡组成计算
3.2 实验与热力学分析的一致性
3.3 原料气的组成和浓度对NO 还原反应的影响
3.3.1 NO 浓度的影响
3.3.2 O_2 浓度的影响
3.3.3 H_2 浓度的影响
3.3.4 H_2O 的影响
3.4 催化剂的氧化-还原状态对NO 还原反应的影响
3.5 催化剂多次启动的重复性
3.6 小结
参考文献
第四章 H_2还原NO 的微观反应动力学模型
4.1 H_2 还原NO 的反应机理
4.2 富氢条件下H_2 还原NO 的动力学模拟
4.3 富氢条件下H_2 还原NO 的反应机理
4.4 富氧条件下H_2 还原NO 的动力学模拟
4.5 富氧条件下H_2 还原NO 的反应机理
4.6 小结
参考文献
第五章 H_2还原NO 的反应机理验证
5.1 富氧条件下微观动力学模型的验证
5.2 NO 和O_2 的反应
5.3 H_2 还原NO 的原位红外研究
5.4 NO 的动态竞争吸附
5.5 O_2 的动态竞争反应
5.6 小结
参考文献
第六章 结论
下一步工作设想
附录反应物种的吸附热、反应的指前因子和表观活化能
作者简介及发表文章目录
致谢
发布时间: 2005-10-15
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