锌盐毒化Cu-Ce/AC催化剂低温CO-SCR脱硝及硫酸法再生机理研究
概括:
烧结烟气中氮氧化物(NO_X)的排放不仅造成环境污染,而且危害人体健康,因此其排放控制成为众多学者的重大研究课题。传统的选择性催化还原技术(SCR)采用NH_3作为还原剂,存在NH_3泄漏、成本高等问题。目前,CO-SCR可以同时去除CO和NO_X污染物,而Cu-Ce/AC催化剂也表现出优异的低温活性,受到了国内外学者的关注。但烧结烟气中的重金属Zn易使催化剂中毒,因此研究锌盐对催化剂的中毒机理及硫酸的再生机理,研制抗锌盐中毒的催化剂具有重要的理论和应用价值。本文通过SEM、EDS、N_2等温吸附与脱附、XRD、XPS、FTIR、H_2-TPR、CO-TPD等表征方法,研究了催化剂的微观结构与组成、比表面积与孔容、晶体结构、活性组分价态、官能团数目的变化、H_2还原特性及CO吸附特性,揭示了锌盐中毒Cu-Ce/AC催化剂的低温CO-SCR脱硝及硫酸再生机理。研究表明:(1)Cu-Ce/AC催化剂的低温CO-SCR脱硝机理为:催化剂上活性组分分散均匀,增加了反应气体的吸附面积,增强了NO和CO的吸附;金属活性组分及其形成的氧空位、吸附位点为吸附NO分子的解离提供了条件;催化剂表面活性组分数量增多,Cu-Ce协同反应产生大量氧空位,增加活性位点,促进CO-SCR反应。(2)锌盐对Cu-Ce/AC催化剂的毒化机理为:物理中毒主要造成催化剂表面颗粒沉积、孔道堵塞,氧化铜结晶性增加,导致比表面积下降和氧空位增加,氧化物出现堆积、团聚现象,降低了对CO和NO的吸附能力;化学中毒主要是由于Zn破坏了含氧功能团-OH和C=O,降低了金属氧化物的酸性环境,减少了表面化学吸附氧O_β的比例,Cu~(2+)和Ce~(3+)含量减少,抑制了Cu-Ce协同反应,从而降低了催化剂的脱硝活性。 (3)硫酸法再生中毒催化剂的机理:物理上,催化剂表面沉积的固体颗粒被洗掉,恢复其比表面积和孔结构,增加反应气体的吸附面积;化学上,~(2-)基团将催化剂表面硫酸化,增加表面氧空位和化学吸附氧O_β的含量,促进Cu-Ce间协同反应、提高电子传递,从而恢复锌盐中毒催化剂的NO转化率。
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