论文部分内容阅读
随着我国经济的高速增长,为人们生活提供便利的燃煤电厂等由于使用化石燃料的消耗增多,导致环境污染问题日益加重。我国氮氧化物排放量从2011年开始虽有下降趋势可依旧排放量很高,控制氮氧化物排放迫在眉睫。烟气脱硝技术是近十年氮氧化物控制中最重要的技术,工业常用的是选择性催化还原法,在这种方法中催化剂显得尤为重要,工业常用的钒基催化剂有成本高以及耐久性差等缺点,所以研究新型SCR催化剂为目前的研究热点。近几年来,越来越多的研究者对Ce、Fe、Mn、La等元素混合制备的催化剂进行研究,发现Ce、La等稀土元素的掺杂会大幅度提高脱硝性能。内蒙古自治区白云鄂博稀土矿是目前为止世界上稀土含量最多的矿床,共有71种元素包括铁铈镧等元素,为我们制备矿物催化剂提供了基础。本文利用碳酸钠和氯化铵对白云鄂博稀土精矿进行脱磷除钙的处理。对不同温度、不同添加量制备的催化剂进行研究。通过XRF和XRD对催化剂的矿相及元素含量进行探究;SEM、BET对催化剂的形貌进行研究;NH3/NO-TPD和H2-TPR对催化剂的理化特性及氧化还原性进行表征;原位红外实验研究了不同处理样品表面在气体的吸附以及反应路径。根据上述表征方法得到主要研究结论如下:(1)通过NH3-SCR活性评价装置对催化剂的NOx转化率进行检测。稀土精矿与碳酸钠质量比为5:1,焙烧温度为500℃,稀土精矿与氯化铵的质量比为1:2,氯化温度340℃,氧化温度为500℃制得的催化剂在反应温度为300℃,催化剂表现出最高的脱硝活性,NOx转化率最高可达到78%。(2)通过XRF和XRD对催化剂的矿相以及元素含量进行分析。经XRD分析,得出经过碳酸钠和碳酸钠-氯化铵处理后的稀土精矿发现,在矿相上局部形成Ce7O12,而没有形成其他新物质。磷灰石和独居石的峰强降低,相对含量降低,由XRF中得出碳酸钠处理后的稀土精矿含P的物质在Na2CO3的作用下去除一部分,P的含量由13.91%减少到6.94%,Ce、La等活性组分的含量增多,含量为61.51%。碳酸钠-氯化铵处理稀土精矿氟碳钙铈矿的衍射峰完全消失,氟碳铈矿的衍射峰降低,由XRF中得出含Ca的物质在碳酸钠-氯化铵复合处理的作用下去脱去大部分,Ca的含量由16.16%减少到4.91%,Ce、La等活性组分的含量增多,含量为68%。通过BET、SEM、TPD和TPR等表征方法研究发现:随着碳酸钠-氯化铵处理后表面出现裂缝及凹陷,比表面积增大,对反应气体NO、NH3在碳酸钠-氯化铵处理后的稀土精矿表面的吸脱附,氧化还原性增强。(3)通过原位红外实验对反应气体NO、NH3在碳酸钠-氯化铵处理后的稀土精矿表面的吸附情况。当温度高于300℃时,在碳酸钠-氯化铵复合处理稀土精矿表面主要以Lewis酸位上的NH3的形式的吸附,少部分以Br?nsted酸位上的NH4+的吸附;碳酸钠-氯化铵复合处理稀土精矿表面活性位大部分由单齿硝酸盐、桥式硝酸盐物种占据。碳酸钠-氯化铵复合处理稀土精矿表面同时存在两种反应机理,少量吸附氧促使NH3脱氢形成NH2,随后与气态NO发生反应,并生成中间产物NH2NO,随后分解为H2O和N2,以上反应过程为E-R机理。含-NO2类物质与NH3物种发生反应并生成NH4NO2,随后分解为H2O和N2,此为L-H反应机理。各种硝酸盐类物质与各类NH3的反应强度相对较大,所以在反应温度350℃主要以L-H反应机理为主。