2022世界杯买球入口|首頁

活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

全国免费咨询热线:400-000-1319

联系我们
全国服务热线:400-000-1319

电话:13570151199

传真:020-39972520

邮箱:hanyancarbon@hyhxt.net

地址:广东省广州市番禺区东环街番禺大道北555号天安总部中心30号楼6层

当前位置:首页 » 新闻动态 » 行业新闻
活性炭载锰催化剂低温偶联脱硝
文章作者:韩研网络部 更新时间:2022-12-1 16:20:29

  活性炭载锰催化剂低温偶联脱硝

  氮氧化物(NOx)是工厂和机动车辆的主要排放物,也是最严重的空气污染物之一。活性炭由于其孔隙结构、大量的介孔和微孔结构、比表面积大、超强吸附性能、丰富的表面官能团等特点,是脱硝催化剂的主要载体。然而,活性炭无法在低温下达到NOx深度净化和低温烟气排放标准。活性金属组分可以加载到活性炭中以提高其低温脱硝活性。本期研究低温一氧化碳和氨活性炭载锰催化剂的偶联脱硝,以硝酸为前驱体,硝酸锰为前驱体活化的活性炭,采用浸渍法制备了活性炭载锰系列催化剂。

  扫描电镜和能谱

  图1显示了活性炭载锰催化剂的表面微观结构。在图1a和b中,活性炭载锰5催化剂表面孔隙分布不均匀,周围有少量颗粒。当Mn负载量为5%时,可以在催化剂指示的块状附着物中检测到少量Mn。这表明催化剂成功负载Mn,但是,它的含量很低。图1(c)和(d)中,活性炭载锰7催化剂表面光滑,孔结构发达,孔道明显增加,表面颗粒分布均匀。这有助于催化剂吸附气体。活性炭载锰7催化剂成功负载了中等含量的Mn元素,可以很好地改性活性炭。这些发现与图3中脱硝曲线的结果一致。在图1e和f中,活性炭载锰9催化剂表面粗糙,大小不一的孔隙分布不均匀,颗粒在表面局部堆积。这些因素堵塞了气孔,抑制了脱硝。当Mn负载量为9%时,在催化剂表面检测到大量附着物。高Mn含量表明Mn的过量负载可能导致催化剂表面21上的孔隙积累和堵塞(图1e和f)。这可能是NO转化率因负载过大而降低的原因之一。

  图1:活性炭载锰催化剂的SEM照片(a)5%×300,(b)5%×500,(c)7%×300,(d)7%×500,(e)9%×300,(f)9%×500。

  脱硝活性测试

  活性炭催化剂低温CO+NH3耦合脱硝实验在固定床反应器中进行图2。脱硝前,将8g活性炭载锰5、活性炭载锰7和活性炭载锰9置于温度范围为150–300℃的反应器中。加热速率设置为10℃min-1。当炉温达到150℃时,出现模拟烟雾。初始时间设置为0分钟,反应时间为15分钟,期间每3秒记录一个数据点。模拟烟气设置:NO流量4mL/min-1,CO流量16mL/min-1,NH3流量4mL/min-1,O2含量9%(体积比),N2是平衡气体。脱硝尾气采用烟气分析仪进行检测。

  图2:气体反应装置示意图(1)转子流量计,(2)催化剂,(3)固定床反应器,(4)缓冲气瓶,(5)探测枪,(6)烟气分析仪,(7)废气回收装置。

  低温CO+NH3耦合脱硝活性

  活性炭载锰催化剂在150-300℃范围内的CO+NH3偶联脱硝活性如图3示。活性炭载锰7催化剂在反应初期具有较高的脱硝率,高达61%。活性炭载锰9催化剂仅次于活性炭载锰7催化剂,脱硝率为55%。同时,活性炭载锰5催化剂的脱硝率最低,仅为36%。随着Mn负载量的增加,催化剂的脱硝率明显增加。然而,当Mn负载量达到9%时,脱硝率下降。这可能是因为催化剂表面的孔隙被堵塞,孔隙塌陷,减弱NO气体吸附。随着温度的升高,各催化剂的脱硝率逐渐降低,当温度升高到230℃左右时达到最小值。这里活性炭载锰5的脱硝率下降到16.5%,活性炭载锰7的脱硝率下降到32.1%,活性炭载锰9的脱硝率下降到28%。当温度进一步升高时,各催化剂的脱硝率逐渐升高。脱硝率顺序仍然是锰含量7>9>5的活性炭催化剂。对于低温阶段的NH3-SCR反应,由于催化剂的金属负载量有限,活性炭的吸附能力受到限制。因此,随着NO气体的增加,脱硝率不断下降。对于CO-SCR反应,CO被吸附形成配位碳酸盐,NO被吸附形成配位硝基。然后,碳酸盐和硝基将反应生成CO和N2O。由于活性炭的吸附能力逐渐降低,脱硝率也会降低。因此,在初始温度为230℃之前,由于两个单独反应的活性炭吸附能力降低,脱硝率逐渐降低。当温度超过230℃时,NH3-SCR和CO-SCR反应由于温度升高而促进NO转化。由于金属Mn是催化剂的活性物质,在其作用下,活性炭的晶格氧转变为化学吸附氧。这促进了两个SCR反应,催化剂的脱硝率在230℃后逐渐增加。但由于活性炭在脱硝过程中处于损失状态,NO转化率即使逐渐上升也不会上升到初始状态。

  图3:活性炭载锰催化剂的NO转化率。

  CO+NH3耦合低温脱硝机理

  基于以上结果,我们提出活性炭载锰系列催化剂耦合低温脱硝反应过程。

  (1)CO、NH3和NO从活性炭载锰催化剂的外部连续扩散到内表面。反应气体以吸附态吸附在催化剂表面的活性位点上,然后被活性位点活化,形成吸附态。

  (2)吸附的CO和NO遵循Langmuir–Hinshelwood(L–H)机制生成CO2和N2。NH3在碳基催化剂上的低温SCR脱硝反应遵循Eley–Rideal(E–R)和L–H机制。

  (3)活性金属组分在催化脱硝过程中,少量Mn2+被吸附的NO氧化成Mn3+。NO本身被还原为N2O。高价Mn3+首先还原为Mn3O4,然后还原为Mn2+。对于高价Mn4+,首先还原为Mn3+,然后还原为Mn2+。在活性物质重组脱硝过程中,吸附的NO被Mn4+氧化为NO2−。NO2−与吸附的NH3反应生成N2和H2O,而吸附的CO与催化剂表面的Oβ反应,与Oα和游离的Oα反应生成CO2。吸附的NO也会在催化剂的作用下解离,生成N2和O。因此,在活性炭催化剂中,Mn4+含量越高,NO转化越有效。本研究结果与XPS结果一致。

  (4)最后,催化剂表面产生的气体(CO2、N2和H2O)解吸并通过活性炭孔扩散到内表面。然后,气体从活性炭内表面扩散到活性炭载锰催化剂的外表面。根据上述反应过程,提出活性炭催化剂低温CO+NH3偶联脱硝机理图在图4示。

  图4:活性炭载锰催化剂低温CO+NH3偶联脱硝机理图。

  活性炭载锰催化剂低温偶联脱硝研究了它们在CO+NH3气氛中的低温耦合脱硝活性。Mn负载量为7%的活性炭催化剂脱硝效率最好,达到61%。SEM和BET表征表明,活性炭催化剂具有发达的孔结构、大的比表面积和广泛分散的载体。结合EDS和XRD表征,活性炭载锰催化剂表面的MnO呈非晶态。XPS表征表明,高Oβ和Mn4+活性炭7化剂表面将标准SCR反应转化为快速SCR反应,促进脱硝反应。FTIR表征发现活性炭催化剂表面官能团含量高于其他两种催化剂。这改善了NO吸附并提高了脱硝效率。基于物理和化学性质的表征结果,提出了活性炭催化剂的低温CO+NH3脱硝机理。活性炭催化剂的低温CO+NH3偶联脱硝在温度低于230℃时符合L-H机理,在温度高于230℃时符合E-R机理。较高的Mn4+含量促进NO氧化成NO2,​​从而促进SCR反应向快速SCR反应转变。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

本文链接:/hangye/hy1154.html

查看更多分类请点击:公司资讯    行业新闻    媒体报导    百科知识    

Baidu
sogou