燃煤电站排放的氮氧化物(NOx)可引起酸雨、光化学烟雾、臭氧空洞等环境问题，对其控制和治理是我国大气污染防治工作的重要课题。选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)法是去除固定污染源所排放氮氧化物的最有效且应用最广的方法。目前，钒钛类商业催化剂在SCR技术中应用最广，具有脱硝效率高、选择性好、运行稳定等优点，但此类催化剂反应温度较高，(300-400℃)，SCR装置需布置在脱硫除尘之前，高浓度的SO2和烟尘易导致催化剂失活。另外，我国现有大部分电厂锅炉的省煤器和空气预热器间没有预留空间，限制了主流商业催化剂的推广。因此，研制匹配我国现有电厂锅炉的低温SCR脱硝催化剂是我国燃煤烟气净化领域的重要方向。
本文利用天然凹凸棒石(palyborskite，PG)经预处理后单独作为催化剂载体材料或作为粘结剂与粉煤灰混配，分别制备成型催化剂载体PG和FA-PG，采用浸渍法负载过渡金属(Fe，Cu，Mn，V，Ni)氧化物制得SCR脱硝催化剂。在石英固定床反应器中对各活性组分催化剂进行SCR脱硝活性评价，通过SEM、BET、TPD等技术对其进行表征，结果发现：锰基催化剂具有最佳的低温SCR性能。在此基础上对Mn(x)/PG/T催化剂进行了深入研究，对Mn(x)-Fe(y)/FA-PG二元复合SCR催化剂进行探索性研究。
通过对Mn(x)/PG/T催化剂制备参数和操作条件的优化发现：负载8 wt%Mn经300℃煅烧后的催化剂(Mn8/PG/300)具有较高的低温SCR活性，该催化剂在反应温度250℃、GHSV=4753h-1、NH3：NO=1:1、O2含量3 vol%的条件下，脱硝率可达95%以上。通过SEM、BET、XRD、TPD等表征发现：催化剂的活性中心主要为单层分布的纳米级MnO2，其形态和分散程度受Mn负载量和煅烧温度影响。催化剂对NH3的吸附能力较强，但参与SCR反应的主要是L酸位上弱吸附态的NH3，催化剂对NO的吸附能力非常微弱，初步确定该系列催化剂上的SCR反应遵循经典的Ely-Redel机理，即：NH3在催化剂表面吸附并被表面活性物种所活化，并与气相NO发生快速的SCR反应，锰氧化物对弱吸附NH3的活化是SCR反应的关键步骤。
论文还研究了以凹凸棒石一粉煤灰复合材料为载体负载铁锰氧化物二元催化剂的物理化学性质及SCR催化性能。结果发现：当FA：PG=1:1时，复合载体显示出较好的成型性和机械强度。铁基催化剂Fe(y)/FA-PG的低温催化活性较差，但具备一定的中温活性，锰基催化剂Mn(x)/FA-PG具有优良的低温SCR活性。铁锰二元催化剂Mn(x)-Fe(y)/FA-PG的SCR性能优于单活性组分催化剂，其中Mn/Fe=4的催化剂显示出最佳的低温SCR活性，Mn/Fe=9的催化剂具有最宽的反应温度区间。

    关键词：
    燃煤烟气净化 低温催化还原 脱硝催化剂 凹凸棒石 粉煤灰 过渡金属氧化物
    作者：
    时博文
    学位授予单位：
    合肥工业大学
    授予学位：
    硕士
    学科专业：
    化学工艺
    导师姓名：
    杨保俊
    学位年度：
    2012
    语种：
    中文
    分类号：
    X701
    在线出版日期：
    2012年11月30日