论文摘要
催化脱除烟气中的氮氧化物（NOx）是环保领域的重要课题,它主要包括选择催化还原（SCR）和催化分解NOx两种方法。在选择催化还原NOx中,除已商业应用的NH3-SCR外,低碳烃（碳数≤3）是天然气的主要成分,且不易造成二次污染,因此低碳烃选择催化还原NOx受到了广泛关注;NOx催化分解无需添加还原剂、工艺简单、安全性好,不产生二次污染等优点,因而在脱除NOx的诸多方法中被认为是一种最理想的途径。但已开发的适用于这两种反应的催化剂均对反应条件（SO2,H2O和空速）比较敏感,从而制约了低碳烃催化还原NOx和NOx催化分解的实际应用。因此,如何提高催化剂在这两种反应中的催化性能,已引起越来越多研究者的重视。本论文基于上述问题,尝试着通过添加助剂的方法对Ag/Al2O3、Co/H-beta和Fe/H-beta催化剂进行改性。研究了CH4-SCR反应中MgO的添加对Ag/Al2O3催化剂在低温时（573～673K）抗硫性和抗水性的影响;考察C3H8-SCR反应中高空速条件下(10000～100000h-1)添加Zn对Co/H-beta催化活性的影响,Co和Zn在催化剂中的协同作用;研究了Fe-Mn/H-beta催化剂在富氧条件下NOx低温催化分解的催化过程。本论文取得了以下一些研究成果:1.CH4-SCR反应中,Ag/MgAl2O4催化剂具有良好的抗水性和抗硫性,在15%水蒸气和100ppmSO2同时存在的条件下,催化剂活性略有下降,NOx转化率下降5%。MgO的添加有效抑制了NOx和SO2在Ag/MgAl2O4催化剂的氧化铝位上的竞争性吸附,使SO2的吸附主要发生在MgO位上,从而减轻了氧化铝位的硫酸化。Ag/MgAl2O4上的银主要以Ag单质晶体的形式存在。Ag/MgAl2O4催化剂上的CH4-SCR反应活化能为94.6kJ/mol,较其它一些催化剂上的CH4-SCR反应活化能小。2.C3H8-SCR反应中,在富氧（4%）和高空速(20000h-1)条件下,2%Co-2%Zn/H-beta催化剂在723K时NOx转化率可达到95%。高空速范围内(10000h-1～100000h-1),Co-Zn/H-beta催化剂具有较好的活性,当空速100000h-1时,NOx转化率为70%。当SO2浓度较低时（100～200ppm）,催化剂受SO2影响较小,NOx转化率仅下降5%;当SO2浓度较高时（≥400ppm）,催化剂受SO2影响较大,NOx转化率下降约30%。Co-Zn/H-beta催化剂中Zn的作用是抑制C3H8燃烧反应,促进C3H8还原NOx反应,Co的作用是促进NO氧化反应。少量Zn（≤2%）的添加,降低了COAl2O4的形成几率,从而造成更多的Co活性位,随着Zn含量的提高（＞2%）,表面上Zn富集会覆盖催化剂活性位从而抑制催化剂的活性。3.在NOx催化分解反应中,Fe-Mn/H-beta催化剂在富氧（4%）和低温（573-673K）条件下具有较好的催化活性。催化剂中Fe和Mn的共存促进了催化剂表面金属活性位的分布,降低了金属氧化物的结晶。在Fe/Mn=1的Fe-Mn/H-beta催化剂中,5%Fe-5%Mn/H-beta在低温时（573-673K）显示出最高的活性。NOx的转化率随NOx浓度的增加而降低,氧的存在促进了NOx催化分解,CO2未对NOx催化分解产生抑制作用。