铁基中低温SCR脱硝催化剂性能研究毕业论文.docx

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铁基中低温SCR脱硝催化剂性能研究毕业论文

毕业论文

铁基中低温SCR脱硝催化剂性能研究

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

氮氧化物（NOx）对人体、环境的危害很大，是目前国内外急需解决的问题之一。

选择性催化还原法具有脱硝效率高、N2选择性好等优点，得到广泛使用。

商业化的脱硝催化剂存在价格昂贵，活性温窗窄，活性窗口温度较高且废弃的催化剂易造成二次污染等问题，所以，开发廉价、低温、高效的环境友好型催化剂具有十分重要的意义。

铁的氧化物具有环境友好、价格低廉以及还原性强等优点，在NOx选择催化还原（SCR）脱除领域已经受到了国内外学者的广泛关注。

本文主要针对氧化铁脱硝催化剂的制备、表征等各方面进行了研究。

本文首先考察了制备方法、助剂CeO2含量两个因素对非负载型Fe2O3催化剂性能的影响。

通过XRD、XPS、H2-TPR、BET比表面积测试、UV-visDRS等表征手段，对催化剂进行了表征，并且对催化剂的脱硝活性和对氨气的氧化率进行评价。

然后，通过XRD、XPS、XRF、BET比表面积测试的表征手段，分析了一种工业级多元金属氧化物（MO）的基本性质，研究了其基础脱硝活性。

以XO为催化剂基体，TiO2为载体，Fe2O3为活性组分制备了负载型脱硝催化剂。

考察了XO及不同助剂对SCR催化活性的影响。

利用XRD、H2-TPR、BET比表面积测试等技术对制备的催化剂进行了表征。

对非负载型Fe2O3催化剂研究表明：

模板法比共沉淀制备的催化剂具有更大的比表面积，更强的氧化性和酸性，促进了催化剂脱硝活性的升高；前者比后者的活性温区宽，并且具有较好的高温脱硝活性。

对不同含量CeO2催化剂的表征比较发现，当CeO2含量为2%和4%时具有相对较高的催化活性和相对较小的氨气氧化率，这主要是由催化剂中铁物种氧化性的变化导致的。

对多元金属氧化物基本性质的研究表明，多元金属氧化物中主要有Fe、Si、Al等多种元素，颗粒表面存在Si、Na、Al、V等元素的富集。

多元金属氧化物比表面积极低，基础脱硝活性较低，不适合直接作为脱硝催化剂或者活性组分。

制备了XO为催化剂基体，TiO2为载体，Fe2O3为活性组分的催化剂，考察基体对催化剂的影响。

实验结果表明，加入多元金属氧化物后，催化剂比表面积减小、氧化性增强。

在250℃-350℃内催化剂的脱硝活性在90%以上，但是活性温窗较窄。

分别使用CeO2、MoO3、WO3对催化剂进行掺杂，实验结果表明：

掺杂后催化剂比表面积增大，有利于氨气的吸附，促进SCR反应的进行；CeO2掺杂后催化剂的脱硝活性在整体上提高，但是最佳活性温窗没有变宽或者变化；MoO3、WO3掺杂后催化剂的中低温活性降低，高温活性提高，活性温窗宽，并向高温移动。

关键词：

选择性催化还原，多元金属氧化物，氧化铁，脱硝

ABSTRACT

Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofindustrializationinChina,atmosphericpollutioncausedbytheburningoffossilfuelshasbeingmoreandmoreserious.NOxisoneofthemainatmosphericpollutants,whichbringhugeharmtohumanbodyandenvironment,itisoneoftheurgentproblemsathomeandabroadtobesolved.TherearemanymethodscontrollingNOxemission，oneofthemostwidelyusedisselectivecatalyticreduction（SCR）,ithasadvantagesofhighdenitrationefficiencyandN2selectivity.

Atpresent,thereexistsomeproblemsinthecommercialcatalyst,thepriceisexpensive,narrowactivetemperaturewindow,andabandonedcatalystwillleadtosecondarypollution.So,ithasveryimportantsignificancetodevelopenvironmentalfriendlycatalyst,lowtemperature,highefficiencyandcheap.Ironoxide,hasreceivedtheattentionofscholarsbothathomeandabroad,becauseithasadvantagesofenvironmentallyfriendly,lowprices,andstrongreducibility.ThispaperfocusesonthepreparationandcharacterizationofdenitrationcatalystbasedonFe.

First,aseriesofexperimentswereconductedtoresearchdenitrationcatalystbasedonFe,includingthepreparationmethodandthecontentofCeO2.ThecatalystswerecharacterizedwithXRD,XPS,H2-TPR,BETandUV-VisDRS,andthedenitrationactivityandtheoxidationrateofNH3overcatalystswasevaluated.Then,thebasicpropertiesofmultiplemetaloxidewerecharacterizedbythemeansofXRD,XPS,XRF,BET,andthebasicdenitrationactivityofmultiplemetaloxidewasstudied.NonsupportedcatalystswaspreparedwithXO,TiO2,Fe2O3asbasematerial,carrierandactiveconstituentrespectively.TheeffectsofXOanddifferentassistantontheSCRcatalyticactivitywasinvestigated.

TheresearchonnonsupportedFe2O3catalystsshowsthatThecatalystpreparedbytemplatemethodhashaslargerspecificsurfacearea,strongeroxidationandacidthanthecatalystpreparedbycoprecipitationmethod,increasedthedenitrationactivity.Theformerthanthelatterhasawidertemperaturerangeofactivityandhigerdenitrationactivityathightemperature.ThecharacterizationofthedifferentcontentofCeO2catalystindicatethatthecatalystswith2wt%and4wt%contentofCeO2possesshighercatalyticactivityandloweroxidationrateofammonia,and,thiswasmainlycausedbythechangeofoxidationofironspecies.

Thebasicnatureofthemultiplemetaloxidewasstudied.Theresultsshowthattherearemanyelementsinthemultiplemetaloxide,suchasFe,Si,Al,etc.andSi,Na,Al,Velementenrichedonthesurfaceoftheparticles.Multiplemetaloxidewithlowspecificsurfaceareaanddenitration,wasnotsuitablefordenitrationcatalystoractivecomponent.

ThesupportedcatalystwaspreparedwithXO,TiO2,Fe2O3asbasematerial,carrierandactiveconstituentrespectively,inordertostudiedtheeffectofbasematerialonthecatalyst.Theexperimentalresultsshowthattheadditionofmultiplemetaloxideleadtothesurfaceareareducedandoxidationenhancedofcatalysts.

Thecatalysthasthebetteractivity,theactivityof250℃-350℃weregreaterthan90%,buttheactivetemperaturewindowwasnarrow.

UseofCeO2,MoO3,WO3todopedcatalysts,theresultsshowthatthedopedofCeO2,MoO3,WO3madethesurfaceareaincreased,whichishelpfultotheadsorptionofammonia,promotedtheSCRreaction.ThedenitrificationactivityrisedintheoverallofcatalystdopedbyCeO2,butthebestactivetemperaturewindownowiderorchange;ThedenitrificationactivityreducedinthelowtemperatureandrisedinhightemperatureofcatalystdopedbyMoO3orWO3,theactivetemperaturewindowwidthandshiftedtohighertemperature.

Keywords:

Selectivecatalyticreduction,ironoxide,multiplemetaloxide,denitrification

目录

中文摘要I

英文摘要III

1绪论1

1.1课题背景1

1.1.1氮氧化物的形成1

1.1.2氮氧化物污染与危害2

1.2氮氧化物的控制技术3

1.2.1低氮燃烧技术3

1.2.2烟气脱硝技术4

1.3SCR烟气脱硝技术6

1.3.1SCR技术基本原理6

1.3.2SCR技术反应机理7

1.3.3SCR脱硝催化剂7

1.3.4SCR脱硝技术的不足之处9

1.4铁基脱硝催化剂9

1.4.1铁基脱硝催化剂研究进展9

1.4.2铁基催化剂脱硝机理13

1.5研究目的及主要研究内容16

1.5.1研究目的16

1.5.2主要研究内容16

2实验内容与方法17

2.1实验试剂与仪器17

2.1.1实验试剂17

2.1.2实验仪器设备17

2.2催化剂活性评价18

2.2.1催化剂活性评价装置18

2.2.2催化剂活性测试19

2.3催化剂的表征方法19

2.3.1晶型结构分析19

2.3.2差热-热重分析19

2.3.3BET比表面积及孔结构分析20

2.3.4X射线荧光分析20

2.3.5X射线光电子能谱分析21

2.3.6表面酸性及氧化还原特性分析21

2.3.7紫外-可见漫反射光谱分析21

3CeO2掺杂的Fe2O3催化剂脱硝性能研究23

3.1制备方法对催化剂性能的影响23

3.1.1催化剂制备23

3.1.2晶型结构分析（XRD）23

3.1.3差热-热重分析（TG-DTA）24

3.1.4比表面积及孔径分析25

3.1.5X射线光电子能谱（XPS）26

3.1.6表面酸性分析（NH3-TPD）27

3.1.7程序升温脱附还原分析（H2-TPR）28

3.1.8脱硝性能测试29

3.1.9工况条件测试32

3.2CeO2含量对催化剂性能的影响34

3.2.1催化剂制备34

3.2.2晶型结构分析（XRD）34

3.2.3比表面积及孔径分析36

3.2.4X射线光电子能谱（XPS）38

3.2.5程序升温脱附还原分析（H2-TPR）39

3.2.6紫外-可见漫反射光谱分析（UV-visDRS）40

3.2.7脱硝性能测试41

3.3本章小结43

4以多元金属氧化物为载体的铁系催化剂研究45

4.1多元金属氧化物基本性质45

4.1.1体相元素分析（XRF）45

4.1.2晶型结构分析（XRD）45

4.1.3X射线光电子能谱（XPS）46

4.1.4比表面积及孔径分析47

4.1.5XO基础脱硝活性48

4.2以多元金属氧化物为载体的铁系脱硝催化剂研究48

4.2.1Fe2O3-TiO2/XO催化剂制备48

4.2.2晶型结构分析（XRD）49

4.2.3比表面积分析50

4.2.4程序升温脱附还原分析（H2-TPR）51

4.2.5脱硝性能测试51

4.3过渡金属掺杂对Fe2O3-MO-TiO2/XO催化剂的影响53

4.3.1Fe2O3-MO-TiO2/XO（M=W、Ce、Mo）催化剂制备53

4.3.2晶型结构分析（XRD）54

4.3.3比表面积分析54

4.3.4程序升温脱附还原分析（H2-TPR）55

4.3.5脱硝性能测试56

4.4本章小结57

5结论59

致谢61

参考文献63

附录69

A.作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果69

1绪论

1.1课题背景

近年来，国内工业化快速发展，在给国民经济带来大发展的同时，污染物的排放量也逐年增多，严重破坏生态环境、危害人们的身体健康。

在“十一五”期间，脱硫技术基本发展成熟，粉尘排放也得到了有效的控制，氮氧化物（NOx）的治理问题已逐渐成为大气治理的主要方面。

煤炭占我国能源的75%以上，并且以煤炭为主要能源的现状在短期内很难改变，燃煤排放的SO2、粉尘和NOx分别占全国总排放量的67%、60%和87%[1,2]。

2010年，环境保护部明确提出将NOx排放列入“十二五”总量控制约束性指标，2012年1月1日颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），甚至比欧盟相关规定要求高，规定从2014年1月1日起，非重点地区2003年前投产的机组NOx最高排放量为200mg/m3，而所有新建火电NOx最高排放量为100mg/m3。

目前，NOx的脱除方法很多，但应用最为广泛的是选择性催化还原（SCR）脱硝技术。

SCR脱硝技术的的核心是催化剂的研发和制备，其催化活性将直接影响SCR脱硝系统的整