论文题目: 甲烷选择性催化还原氮氧化物的基础研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程与技术
作者: 张惠
导师: 谭天恩,施耀
关键词: 氮氧化物,甲烷,催化剂
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: NOx是主要的大气污染物之一,如何有效消除NOx的污染（DeNOx,脱硝）,一直是全球研究的热点。甲烷选择还原（CH4-SCR）NOx具有广阔的应用前景,但迄今主要应用负载In-、Pt-、Pd-等的分子筛催化剂,该类催化剂对反应条件比较敏感,且贵金属催化剂面临着资源匮乏等危机。因此,近年用非贵金属催化剂代替贵金属催化剂的研究受到人们极大的关注。 USY（UltraStable Y Zeolite,超稳态Y型沸石分子筛）具有较好的抗水、抗硫性,主要用于石油的催化裂化,有关作为脱硝催化剂载体的研究和应用报道不多,因此,开展对USY催化剂载体用于脱硝实验研究具有重要的理论和实际意义。本文立足于使用USY负载过渡金属催化剂,从催化剂的制备入手,制备出几种新型的催化剂。考察了催化剂的CH4-SCR反应,发现所研制的5wt.%Mn/H-USY、15wt.%Ni/H-USY催化剂具有较好的CH4-SCR反应性能和N2选择性,添加微量贵金属后,表现出更高的催化活性,Mn型催化剂的催化活性提高了52%,Ni型催化剂的催化活性提高了48%。此外考察了5wt.%Mn/H-USY的稳定性,结果发现其具有较好的稳定性,催化剂运行50h,DeNOx活性未见降低,而在其上添加Zn表现出较好的抗水性。 用红外技术研究了催化剂的酸性和NO的吸附特性,发现催化剂的酸性对催化剂的活性有一定的影响,证明L酸是重要的活性中心,且NO在催化剂表面与催化剂的表面氧反应形成NO2,并在CH4-SCR反应中起着重要的作用。同时采用BET、XRD、H2-TPR等技术初步研究了Mn/H-USY、Ni/H-USY及其上添加其它成分的催化剂体系在CH4-SCR反应中的作用机理。发现催化剂中,载体与活性组分存在很强的相互作用,但如在Mn/H-USY上添加Pd等,并没有改变活性组分Mn与载体H-USY的强相互作用,而是适量氢溢出后,促进了活性中心的还原程度,从而提高催化活性。
论文目录:
摘要
第一章 前言
第二章 文献综述
2.1 NO_X形成机理及控制技术
2.1.1 燃烧过程中NO_X的形成机理
2.1.2 NO_X排放控制技术
2.2 国内外治NO_X技术的研究现状
2.2.1 非催化法脱除氮氧化物
2.2.2 催化法脱除氮氧化物
2.3 甲烷选择性催化还原NO的研究进展
2.3.1 甲烷选择性催化还原的研究
2.3.1.1 分子筛催化剂
2.3.1.2 金属氧化物催化剂
2.3.1.3 催化剂活性成分
2.3.1.4 载体效应
2.3.2 甲烷选择性催化还原NO的研究进展
2.3.2.1 甲烷选择性催化还原NO催化剂的改性
2.3.2.2 新的实验技术在甲烷选择性催化还原NO中的应用
2.4 CH_4-SCR反应的机理
2.5 USY载体
参考文献
第三章 研究内容和方法
3.1 立项依据和研究目标
3.1.1 项目的立项依据
3.1.2 研究目标
3.1.3 研究路线
3.2 研究内容
3.3 化学试剂与仪器
3.3.1 化学试剂
3.3.2 气体和仪器设备
3.4 载体处理及催化剂的制备
3.4.1 载体处理
3.4.2 催化剂制备
3.5 催化性能评价及数据处理
3.5.1 催化性能评价
3.5.2 催化性能评价数据处理方法
3.6 催化剂表征
3.6.1 表面积和孔结构测定
3.6.2 扫描电镜(SEM)测定
3.6.3 XRD物相测定
3.6.4 H_2-TPR实验
3.6.5 吡啶-FTIR实验
3.6.6 NO-FTIR实验
第四章 USY负载过渡金属催化剂上对CH_4-SCR反应性能的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.3 结果与讨论
4.3.1 载体比表面积和孔结构
4.3.2 载体XRD测定
4.3.3 Na-USY负载过渡金属催化剂对CH_4-SCR反应性能的研究
4.3.4 H-USY负载过渡金属催化剂对CH_4-SCR反应性能的研究
4.3.5 H-USY与Na-USY负载的催化剂对CH_4-SCR反应性能比较
4.4 结论
参考文献
第五章 Mn/H-USY催化剂上CH_4-SCR反应性能的研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 催化剂制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 焙烧温度对载体性能的影响
5.3.2 制备方法对催化剂性能的影响
5.3.3 不同载体对Mn催化剂CH_4-SCR反应性能的影响
5.3.4 不同Mn含量对Mn/H-USY催化剂上CH_4-SCR反应性能的影响
5.3.5 不同空速对5wt.％Mn/H-USY催化剂上CH_4-SCR反应性能的影响
5.3.6 不同含氧量对5wt.％Mn/H-USY催化剂上CH_4-SCR反应性能的影响
5.3.7 添加微量贵金属对5wt.％Mn/H-USY催化剂上CH_4-SCR反应性能影响
5.3.8 添加其它过渡金属对5wt.％Mn/H-USY催化剂上CH_4-SCR反应性能的影响
5.3.9 催化剂稳定性实验
5.3.10 水蒸气对Mn/H-USY催化剂性能的影响
5.4 结论
参考文献
第六章 Ni/H-USY催化剂上的CH_4-SCR反应性能的研究
6.1 引言
6.2 实验部分
6.3 结果与讨论
6.3.1 载体对负载Ni催化剂上CH_4-SCR反应性能的影响
6.3.2 不同Ni含量对Ni/H-USY催化剂上CH_4-SCR反应性能的影响
6.3.3 添加微量贵金属对Ni/H-USY催化剂上CH_4-SCR反应性能的影响
6.3.4 添加其它过渡金属对Ni/H-USY催化剂上CH_4-SCR反应性能的影响
6.3.5 添加碱金属对CH_4-SCR反应性能的影响
6.3.6 含Ni型催化剂在CH_4-SCR反应中N_2O选择性
6.3.7 混合装填催化剂及不同催化剂装填方式对CH_4-SCR反应性能的研究
6.4 结论
参考文献
第七章 催化剂的红外实验研究
7.1 引言
7.2 实验部分
7.3 结果与讨论
7.3.1 催化剂的酸性测定
7.3.2 催化剂的NO吸附
7.4 结论
参考文献
第八章 CH_4-SCR的动力学研究
8.1 引言
8.2 动力学实验装置和流程
8.3 预实验
8.3.1 反应器恒温区的检验
8.3.2 空白试验
8.3.3 内扩散影响的消除
8.3.4 外扩散影响的消除
8.4 表观动力学实验
8.4.1 动力学实验条件
8.4.2 反应速率和活化能的计算
8.5 结论
参考文献
第九章 结论与展望
9.1 结论
9.2 对今后有关研究工作的展望
致谢
发布时间: 2005-07-21
参考文献
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