炭载多金属催化剂对脱硝区内苯系物联合脱除性能研究

氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCS)业已成为目前大气环境的主要污染物,对人类健康和生态环境造成了较大的影响.研发和投用烟气净化效率高,运行稳定且成本低的净化工艺技术迫在眉睫,也是火电厂行业亟待解决的问题之一.2017年7月,环保部审议并通过《"十三五"挥发性有机物污染防治工作方案》,提出"十三五"期间VOC污染防治工作总体要求和目标——到2020年底,VOCS排放总量减少10%以上,并指出"强化VOC与NOx协同减排"的治理思路.目前,选择性催化还原(SCR)脱硝是处理NOx的主流技术之一,SCR系统的核心在于催化剂,制备具有一定抗水抗硫能力的高效低温脱硝催化剂,并在此基础上实现对NOx和VOCS的联合脱除具有重要意义. 本论文研究了炭载多金属催化剂的NH3-SCR低温脱硝效果,考察了不同工况条件和催化剂制备条件对其脱硝性能的影响.筛选得到两种具有良好脱硝性能的催化剂,并探究了该催化剂的抗硫,抗水能力,通过一系列表征实验分析了催化剂的中毒机理.最后,以苯,甲苯,氯苯为目标污染物,进行脱硝区内SCR催化剂对挥发性有机物的催化氧化实验,探究了挥发性有机物和氮氧化物的联合脱除性能.本论文研究成果对于对多污染物的低温联合脱除具有一定理论意义. 以椰壳活性炭为载体,通过超声辅助等体积浸渍法将金属Fe,Mn,Ce负载于载体表面,制备了不同金属组分的催化剂.在NH3-SCR反应体系中,温度窗口为在60~220℃范围内,对催化剂的脱硝性能进行了评价,获得FeMn2-AC和Fe0.1MnCe1-AC两种催化活性较佳的催化剂.在此基础上考察了制备条件和工况条件对催化剂活性的影响.最终,通过实验确定了金属负载量为5 wt.%,煅烧温度为550℃,气体空速为20000 mL·g-1·h-1,氧气浓度为6%,烟气总流量500 mL/min时,上述两种催化剂表现出性能优异的脱硝活性. 基于实际烟气环境中含有一定量的 H2O 和 SO2 ,随后考察了 FeMn2-AC 和Fe0.1MnCe1-AC催化剂的抗水抗硫性能.并利用BET,SEM,XRD,XPS,H2-TPR,NH3-TPD,FTIR,TGA等表征分析手段对催化剂的H2O和SO2中毒机理进行了分析阐述.结果表明,当反应温度分别为120℃和180℃,150 ppm(429 mg/Nm3)的SO2或5%,10%的H2O参与反应时,Fe0.1MnCe1-AC的抗水抗硫性能均优于FeMn2-AC;催化剂表面生成的(NH4)2SO4,金属硫酸盐和表面羟基(-OH)是造成催化剂中毒的重要原因之一. 在上述研究基础上,测试FeMn2-AC和Fe0.1MnCe1-AC催化剂对脱硝区内VOCS的联合脱除效果,并考察了VOCS对NH3-SCR脱硝过程的影响.以50 ppm的苯( 174 mg/Nm3),甲苯(206 mg/Nm3)和氯苯(251 mg/Nm3)为目标污染物,发现催化同一种污染物时,Fe0.1MnCe1-AC的反应活性更高.并且甲苯比苯更易被分解,氯苯催化分解效率最低.此外,VOCS的存在会抑制NH3-SCR脱硝反应活性,NOx的存在也会抑制苯和甲苯的催化氧化反应,但NOx对氯苯的催化反应具有积极影响.通过SEM,NH3-TPD,H2-TPR等表征阐释了VOCS抑制催化剂脱硝反应过程的原因.结果表明, VOCS与NH3之间存在竞争吸附,且其催化反应过程中破坏了部分酸性位点,导致催化剂活性降低.最后,对FeMn2-AC和Fe0.1MnCe1-AC催化剂的稳定性进行了测试,在600 min内无明显失活,表现出良好的催化活性和稳定性.

炭载多金属催化剂对脱硝区内苯系物联合脱除性能研究

氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCS)业已成为目前大气环境的主要污染物,对人类健康和生态环境造成了较大的影响.研发和投用烟气净化效率高,运行稳定且成本低的净化工艺技术迫在眉睫,也是火电厂行业亟待解决的问题之一.2017年7月,环保部审议并通过《"十三五"挥发性有机物污染防治工作方案》,提出"十三五"期间VOC污染防治工作总体要求和目标——到2020年底,VOCS排放总量减少10%以上,并指出"强化VOC与NOx协同减排"的治理思路.目前,选择性催化还原(SCR)脱硝是处理NOx的主流技术之一,SCR系统的核心在于催化剂,制备具有一定抗水抗硫能力的高效低温脱硝催化剂,并在此基础上实现对NOx和VOCS的联合脱除具有重要意义. 本论文研究了炭载多金属催化剂的NH3-SCR低温脱硝效果,考察了不同工况条件和催化剂制备条件对其脱硝性能的影响.筛选得到两种具有良好脱硝性能的催化剂,并探究了该催化剂的抗硫,抗水能力,通过一系列表征实验分析了催化剂的中毒机理.最后,以苯,甲苯,氯苯为目标污染物,进行脱硝区内SCR催化剂对挥发性有机物的催化氧化实验,探究了挥发性有机物和氮氧化物的联合脱除性能.本论文研究成果对于对多污染物的低温联合脱除具有一定理论意义. 以椰壳活性炭为载体,通过超声辅助等体积浸渍法将金属Fe,Mn,Ce负载于载体表面,制备了不同金属组分的催化剂.在NH3-SCR反应体系中,温度窗口为在60~220℃范围内,对催化剂的脱硝性能进行了评价,获得FeMn2-AC和Fe0.1MnCe1-AC两种催化活性较佳的催化剂.在此基础上考察了制备条件和工况条件对催化剂活性的影响.最终,通过实验确定了金属负载量为5 wt.%,煅烧温度为550℃,气体空速为20000 mL·g-1·h-1,氧气浓度为6%,烟气总流量500 mL/min时,上述两种催化剂表现出性能优异的脱硝活性. 基于实际烟气环境中含有一定量的 H2O 和 SO2 ,随后考察了 FeMn2-AC 和Fe0.1MnCe1-AC催化剂的抗水抗硫性能.并利用BET,SEM,XRD,XPS,H2-TPR,NH3-TPD,FTIR,TGA等表征分析手段对催化剂的H2O和SO2中毒机理进行了分析阐述.结果表明,当反应温度分别为120℃和180℃,150 ppm(429 mg/Nm3)的SO2或5%,10%的H2O参与反应时,Fe0.1MnCe1-AC的抗水抗硫性能均优于FeMn2-AC;催化剂表面生成的(NH4)2SO4,金属硫酸盐和表面羟基(-OH)是造成催化剂中毒的重要原因之一. 在上述研究基础上,测试FeMn2-AC和Fe0.1MnCe1-AC催化剂对脱硝区内VOCS的联合脱除效果,并考察了VOCS对NH3-SCR脱硝过程的影响.以50 ppm的苯( 174 mg/Nm3),甲苯(206 mg/Nm3)和氯苯(251 mg/Nm3)为目标污染物,发现催化同一种污染物时,Fe0.1MnCe1-AC的反应活性更高.并且甲苯比苯更易被分解,氯苯催化分解效率最低.此外,VOCS的存在会抑制NH3-SCR脱硝反应活性,NOx的存在也会抑制苯和甲苯的催化氧化反应,但NOx对氯苯的催化反应具有积极影响.通过SEM,NH3-TPD,H2-TPR等表征阐释了VOCS抑制催化剂脱硝反应过程的原因.结果表明, VOCS与NH3之间存在竞争吸附,且其催化反应过程中破坏了部分酸性位点,导致催化剂活性降低.最后,对FeMn2-AC和Fe0.1MnCe1-AC催化剂的稳定性进行了测试,在600 min内无明显失活,表现出良好的催化活性和稳定性.