刘亭
,
郭欣
,
郑楚光
工程热物理学报
在不同的反应温度下,选用α-Fe2O3或γ-Fe2O3为吸附剂,使用VM3000在线测汞仪测定出口Hg0浓度,研究了气化过程中烟气成分H2S气体存在下,α-Fe2O3或γ-Fe2O3和Hg0的反应机理.实验结果表明,α-Fe2O3或γ-Fe2O3对汞转化有关键作用;H2S和α-Fe2O3或γ-Fe2O3对Hg0的脱除,非均相反应占主导作用,反应机理为Eley-Rideal机理,即气体H2S先吸附至氧化铁表面生成中间物质Sad,然后再与气态Hg0发生反应.
关键词:
α-Fe2O3
,
γ-Fe2O3
,
H2S
,
Eley-Rideal机理
于艳科
,
陈进生
,
王金秀
,
陈衍婷
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60993-7|
氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一.氨气选择性催化还原法(NH3-SCR)是目前去除固定源排放的氮氧化物的最有效方法,被广泛用于燃煤或者生物质的火电厂中.催化剂是NH3-SCR法的核心,其中V2O5-WO3/TiO2催化剂是主要的商业SCR催化剂；但是V2O5有毒,对环境的影响很大；另外,该催化剂具有较高的SO2氧化性能.因而研究者一直在探索新型的SCR催化剂. SO2是燃煤电厂烟气中的典型气体之一,所以抗硫性能是催化剂的一个重要指标.在SCR反应条件下, SO2和O2容易与氧化物催化剂发生反应生成稳定性较高的硫酸盐,覆盖在催化剂表面从而引起催化剂失活.但已有研究发现,硫化会提高K中毒后的V2O5-WO3/TiO2催化剂的活性.并且,短时间的硫化可以明显提高CuO/Al2O3的NH3-SCR活性.硫酸盐催化剂或许具有较低毒性和较高抗硫性能,应该是一种有前景的SCR催化剂.本文以商业纳米TiO2为载体,采用湿式浸渍法制备了一系列的CuSO4/TiO2催化剂.在自制的活性评价装置上测试了样品的NH3-SCR活性并且在340°C下连续24 h测试了SO2、水蒸气及两者共同作用对催化剂活性的影响.使用N2等温吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、H2程序升温还原(H2-TPR)和NH3程序升温脱附(NH3-TPD)对催化剂进行了表征.另外,采用原位红外漫反射光谱研究了CuSO4/TiO2催化剂上的NH3-SCR反应过程. N2等温吸附-脱附结果表明,负载的CuSO4没有明显改变载体的孔结构.而XRD结果仅显示锐钛矿TiO2的衍射峰,说明CuSO4在载体上有较好的分散度或者CuSO4的含量低于检测限. XPS结果显示,催化剂中的铜主要以Cu2+形式存在,硫主要以SO42-形式存在,而氧主要以晶格氧和吸附氧两种形式存在,并且CuSO4的存在会增加催化剂中吸附氧的含量. H2-TPR结果表明,随着CuSO4含量的增加,催化剂的氧化还原能力逐渐增强. NH3-TPD结果表明,催化剂表面的酸性位数目随着样品中CuSO4含量的增加而增加.纯TiO2的NH3-SCR活性很差,当温度从300°C增加到450°C时,最高NOx转化率仅为32.7%.但当CuSO4负载到TiO2上以后,催化剂活性明显提高.在反应温度高于340°C时, CuSO4/TiO2催化剂的NOx转化率在94%以上,与商业V2O5-WO3/TiO2催化剂相当,并且其N2O生成量低于商业催化剂.不过,当温度低于340°C时, CuSO4/TiO2催化剂的NOx转化率明显低于商业催化剂,说明CuSO4/TiO2催化剂的活性仍有待改善.连续24 h测试了SO2、水蒸汽及两者的共同作用对CuSO4/TiO2催化剂活性的影响.结果显示,单独的水蒸气会导致活性轻微下降,但SO2以及两者共同存在时对催化剂的活性基本没有影响. CuSO4/TiO2催化剂的NH3吸附红外光谱表明,催化剂上存在Lewis和Br?nsted两种酸性位,但Br?nsted酸性位上的NH4+稳定性较差,280°C时即基本消失.在高温时, NH3主要吸附在Lewis酸性位上且CuSO4/TiO2催化剂对NOx的吸附能力较差,红外光谱未检测到NOx的吸附峰.380°C下,当NO和O2通入预吸附NH3的催化剂样品时,属于Lewis酸性位上NH3的红外峰明显下降,说明Lewis酸性位上吸附的NH3参与了反应. CuSO4/TiO2显示出高的抗硫抗水性能和比较好的NH3-SCR活性,应该是一种有应用前景的SCR催化剂. CuSO4可以增加催化剂的酸性位数目和吸附氧量.根据原位红外漫反射结果, CuSO4/TiO2上的SCR反应遵循Eley-Rideal机理.气相的NO与吸附在Lewis酸性位上的NH3反应生成N2和H2O或许是主要的反应途径,并且吸附氧可能会促进这个过程.
关键词:
选择性催化还原
,
硫酸铜
,
活性
,
Eley-Rideal机理
,
路易斯酸性位
