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1、Cu摻雜Mn/TiO2催化氧化NO性能研究:采用溶膠凝膠法制備了載體TiO2,在負載Mn(Ac)2制備Mn/TiO2時摻雜Cu,制備了Mn-Cu/TiO2催化劑??紤]了Cu的摻雜量、活性組分負載量、焙燒溫度等制備條件對其催化氧化NO性能的影響。結果表明,最佳條件下制備的催化劑,在反應溫度200℃、空速41000h-1、NO濃度為300×10-6(φ)及O2含量為10%條件下,NO氧化率可達53.08%,250℃時NO氧化率達到74.76%。在220℃以上時H2O對其影響較小,但其抗硫性能還有待進一步研究提高。 關鍵詞:NO催化氧化TiO2Mn/TiO2 一、前言 NOX的排放對壞境
2、造成嚴重的危害,其破壞臭氧層、產生光化學霧及形成酸雨等。NOX中NO占主要部分(90%以上)[1],現(xiàn)今工業(yè)主流的脫除方法是利用NH3在催化劑的作用下將NOX還原為N2,但該技術對傳統(tǒng)的火電廠難以改造且投資大,容易產生二次污染等[2]。近年來,針對NOX和SO2的協(xié)同脫除進行了大量的研究[3~6]。催化氧化(SelectiveCatalyticOxidation,縮寫為SCO)法是在催化劑的作用下,利用煙氣中過剩O2將NO氧化成NO2,再用濕法將其脫除,能夠達到同時脫硫脫硝的目的。該方法不需要添加氧化劑、安全性能好、運行成本低、經濟好,不產生二次污染,是治理NOX污染的重點研究技術[7]
3、?! 〈罅垦芯勘砻鳎琈n、Co等過渡金屬氧化物負載在載體上表現(xiàn)出較好的催化氧化NO活性[8~12],采用較多的載體有SiO2、r-Al2O3和TiO2等。其中Mn負載量為10%,焙燒溫度為300℃時其催化氧化NO有最好的活性[9]。MnOX、CoOX和CuOX等屬于p-型半導體過渡金屬氧化物,由于p-型半導體的氧吸附量比n-型半導體大,且吸附的O2會離解為O-,有利于深度氧化[13],所以其表現(xiàn)出較好的催化氧化活性。目前對單一的p-型半導體過渡金屬氧化物催化氧化NO的研究較多,而較少考察雙組分。黃明等[14]察了Cu-Mn雙組分負載在SiO2上的催化氧化活性;王歡等[15]了銅錳復合氧化
4、物室溫催化氧化NO的性能;李鵬等[16]研究了CuMn/TiO2催化燃燒苯類物質的活性,但利用TiO2做載體的Mn-Cu雙組分活性催化劑用于NO的催化氧化還未見報道,本文利用Mn的低溫催化活性,考慮到氧化銅是p型半導體,接受電子快,表面吸附氧濃度較高,向Mn鹽前軀體中添加Cu鹽,由于Mn-Cu與TiO2之間的協(xié)同作用[16],制備出了Mn-Cu雙組分負載在TiO2上的催化劑,考察了其催化氧化NO的活性?! 《?、實驗 1.載體的制備 載體TiO2的制備為溶膠-凝膠法。向鈦酸四丁酯中加入乙酰丙酮,使[acacH]/[Ti]=2,然后加一定量的無水乙醇,室溫攪拌2h,得到溶膠。60℃下水浴
5、濃縮4h,120℃下干燥6h,再置于馬弗爐中500℃煅燒3h,得到載體TiO2。 2.催化劑的制備 催化劑的制備采用浸漬法,活性組分的前軀體為硝酸鹽或醋酸鹽。稱取一定量的活性組分溶于50mL水中,加入2.5gTiO2,常溫攪拌2h后,120℃下干燥過夜,在空氣中于不同的溫度下焙燒3h,研磨篩分出60~80目的顆粒備用。 3.催化劑的活性及抗毒性測試 三、結果與討論 1.催化劑的不同制備條件對其催化性能的影響 1.1Cu摻雜量對催化劑活性的影響 在焙燒溫度為300℃的條件下,制備了不同Cu摻雜量的Mn-Cu/TiO2催化劑,記為10%Mn-Cu/TiO2(Mn/Cu=1/3、
6、1/2、1、1.5、2、2.5和3,摩爾比)。其活性隨溫度的變化。如圖2所示。所有催化劑的活性隨溫度變化曲線基本一致,其活性均隨溫度的升高逐漸增大,隨后受熱力學平衡限制下降。其中Mn/Cu=2時,其活性在200℃時達到53.08%,是所測配比中活性最高的??赡苁怯捎诖呋瘎┑呐浔葹镸n/Cu=2,在化學計量上更易生成CuMn2O4尖晶石結構的物質。Kang[17]等研究表明,銅錳復合氧化物催化劑有較好的NO低溫催化性能主要是因為其生成了CuMn2O4,其對提高了催化劑的活性起到主要作用?! ∷摹⒔Y論 3.H2O和SO2對催化劑活性的影響較大,在220℃以上時,H2O對催化劑的活性影響較小
7、,且H2O對催化劑的失活影響是可逆的,但SO2對催化劑的活性毒害很大,失活為不可逆。 :采用溶膠凝膠法制備了載體TiO2,在負載Mn(Ac)2制備Mn/TiO2時摻雜Cu,制備了Mn-Cu/TiO2催化劑??紤]了Cu的摻雜量、活性組分負載量、焙燒溫度等制備條件對其催化氧化NO性能的影響。結果表明,最佳條件下制備的催化劑,在反應溫度200℃、空速41000h-1、NO濃度為300×10-6(φ)及O2含量為10%條件下,NO氧化率可