载Pt催化剂氢气选择催化还原NO的研究

论文摘要

氮氧化物（NOx）是一种危害人体健康的大气污染物,也是形成酸雨进而危害农作物、建筑物的主要污染物。选择性催化还原（SCR）是一种消除NOx的有效方法。H2选择催化还原NOx（H2-SCR）因为其低温高活性的特点引起了人们的研究兴趣。本文研究了负载Pt催化剂的H2-SCR反应,探讨了载体类型对活性的影响。深入研究了Pt/HFER催化剂上的反应活性及机制,考察了体系中水蒸汽的作用。并对以水滑石材料为载体的Pt催化剂的H2-SCR进行了研究。在相同条件下比较了Pt分别负载在HFER、ZSM-5、A12O3上所得催化剂的H2-SCR反应性能。结果表明,HFER和ZSM-5分子筛比Al2O3作为Pt的载体,可使催化剂具有更优的H2-SCR反应性能。其原因可推测为,分子筛的酸性能够使载体上的Pt更多地以金属活性状态而存在。从而能更好地活化H2、有利于H2-SCR反应。在Pt/HFER催化剂上,研究发现：（1）该催化剂对NO氧化反应的催化活性在高于150℃以上才能够显现出来,而在催化剂上NOx最大消除转化率（87.9%）出现在110℃。（2）增加反应体系中NO2在NOx中的比例,反而降低了NOx消除转化率；（3）在NOx消除转化率较低的温度下,增加NO2浓度甚至导致了在反应器出口处NO的浓度高于相应入口浓度的现象。基于上述实验事实,结合原位红外结果,首次提出并论证了在反应系统中生成的NO2及表面硝酸盐物种并不是Pt/HFER催化剂上H2-SCR反应中间物种,而吸附在Pt上的NOδ+物种才可能是该催化剂对于H2-SCR反应的关键活性物种。对于在0.5%Pt/HFER催化剂上的H2-SCR反应,增大体系中H2浓度时,不仅可以显著提高NOx的消除转化率,还明显提高了H2的转化率。为解释这一反常现象,研究了将系统中部分H2预氧化为水汽后的H2-SCR反应。结果发现,体系中少量水蒸气（0.2%-0.8%）的添加不但提高了NOx和H2的转化率,也提高了N2选择性。基于以上实验事实,首次用水与表面非活性硝酸盐物种的竞争吸附机制合理地解释了反应器入口H2浓度越低,在H2-SCR反应中所得H2的转化率反而越小这一实验现象。论文还研究考察了以水滑石材料为载体Pt、Pd催化剂上的H2-SCR反应,得出了以下结论：水滑石经过500℃煅烧生成的复合氧化物与煅烧前的层状结构材料相比,更适合作为Pt的载体用于H2-SCR反应；Pt/Mg-Al-O催化剂经高温H2/N2预处理后可提高其H2-SCR反应活性,低价态的还原Pt物种是H2-SCR反应的活性物种；与Pd相比,就水滑石在500℃高温煅烧所得复合氧化物载体而言,Pt是更好的H2-SCR活性组分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述及论文设想
• 1.1 氮氧化物的来源与危害
• 1.1.1 氮氧化物的来源
• 1.1.2 氮氧化物的危害
• x的脱除方法'>1.2 NO_x的脱除方法
• 3-SCR'>1.2.1 NH₃-SCR
• 1.2.2 HC-SCR
• 1.2.3 CO-SCR
• 2选择催化还原NO_x'>1.3 H₂选择催化还原NO_x
• 1.3.1 催化剂的研究
• 2-SCR反应的因素'>1.3.2 影响H₂-SCR反应的因素
• 2-SCR反应机理的研究'>1.3.3 H₂-SCR反应机理的研究
• 1.4 水滑石化合物的特性及其催化应用
• 1.5 选题依据及论文设想
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.2 催化剂的制备
• 2.2.1 Pt催化剂的制备
• 2.2.2 水滑石及其Pt修饰催化剂的制备
• 2.3 催化剂的表征
• 2.3.1 X射线粉末衍射（XRD）
• 2.3.2 扫描电镜（SEM）
• 2.4 活性测试
• 2-SCR反应活性测试'>2.4.1 H₂-SCR反应活性测试
• 2.4.2 NO氧化活性测试
• 2.5 傅里叶变换红外光谱（FTIR）
• 2.5.1 氮氧化物吸附形态的测定
• 2活性的测定'>2.5.2 氮氧化物吸附物种对还原剂H₂活性的测定
• 2-SCR反应中的性能研究'>3 Pt/HFER催化剂在H₂-SCR反应中的性能研究
• 2-SCR反应活性的影响'>3.1 载体对Pt基催化剂H₂-SCR反应活性的影响
• 2-SCR反应活性测试'>3.1.1 不同载体Pt基催化剂H₂-SCR反应活性测试
• 3.1.2 不同载体Pt基催化剂SEM表征结果
• 2-SCR反应活性位的探讨'>3.2 Pt/HFER催化剂上H₂-SCR反应活性位的探讨
• 2-SCR反应活性测试'>3.2.1 不同Pt担载量HFER催化剂上H₂-SCR反应活性测试
• 3.2.2 不同Pt担载量HFER催化剂的XRD表征结果
• 3.2.3 HFER与0.5%Pt/HFER催化剂上氮氧化物的吸脱附
• 3.2.4 HFER与0.5%Pt/HFER催化剂上氮氧化物的吸附态比较
• 3.2.5 小结
• 2-SCR反应中间物种的探讨'>3.3 Pt/HFER催化剂上H₂-SCR反应中间物种的探讨
• 2-SCR反应活性结果'>3.3.1 0.5%Pt/HFER上H₂-SCR反应活性结果
• 2性能'>3.3.2 0.5%Pt/HFER催化氧化NO为NO₂性能
• 2-SCR反应体系中NO₂对反应的影响'>3.3.3 0.5%Pt/HFER上H₂-SCR反应体系中NO₂对反应的影响
• 2-SCR反应体系中O₂浓度对反应的影响'>3.3.4 0.5%Pt/HFER上H₂-SCR反应体系中O₂浓度对反应的影响
• 2-SCR反应催化剂表面物种的FTIR结果'>3.3.5 0.5%Pt/HFER上H₂-SCR反应催化剂表面物种的FTIR结果
• 3.3.6 小结
• 2-SCR反应中H₂转化及其产物H₂O对反应影响'>3.4 Pt/HFER上H₂-SCR反应中H₂转化及其产物H₂O对反应影响
• 2-SCR反应体系中H₂浓度对反应的影响'>3.4.1 0.5%Pt/HFER上H₂-SCR反应体系中H₂浓度对反应的影响
• 2-O₂和NO-H₂-O₂反应体系中H₂的转化'>3.4.2 0.5%Pt/HFER上H₂-O₂和NO-H₂-O₂反应体系中H₂的转化
• 2-SCR反应体系中H₂O对反应的影响'>3.4.3 0.5%Pt/HFER上H₂-SCR反应体系中H₂O对反应的影响
• 2-SCR反应体系中H₂O的作用机制探讨'>3.4.4 0.5%Pt/HFER上H₂-SCR反应体系中H₂O的作用机制探讨
• 3.4.5 小结
• 2-SCR反应小结及反应机制的提出'>3.5 Pt/HFER催化剂上H₂-SCR反应小结及反应机制的提出
• 2-SCR反应中的性能研究'>4 Pt/Mg-Al-O催化剂在H₂-SCR反应中的性能研究
• 4.1 XRD表征结果
• 2-SCR反应性能'>4.2 Mg-Al-O催化剂的H₂-SCR反应性能
• 2-SCR活性的影响'>4.2.1 焙烧温度对催化剂H₂-SCR活性的影响
• 2-SCR活性的影响'>4.2.2 水滑石结构对催化剂H₂-SCR活性的影响
• 2-SCR活性的影响'>4.2.3 预处理条件对催化剂H₂-SCR活性的影响
• 2-SCR活性的影响'>4.2.4 Ti元素引入对催化剂H₂-SCR活性的影响
• 2-SCR活性的影响'>4.2.5 贵金属类型对催化剂H₂-SCR活性的影响
• 2-SCR反应小结'>4.3 Pt/Mg-Al-O催化剂在H₂-SCR反应小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢