摘 要

在人们越来越注重环保的今天，发展相应的技术控制氮氧化物的排放已经成为当务之急。本文以TiO₂作为载体，MnO_x为活性组分，改变WO₃的掺入方式，制备出一系列的WO₃改性Mn/TiO₂脱硝催化剂，并测试了催化剂的脱硝性能。实验使用一步浸渍法、分步浸渍法、水热-浸渍两步法来进行脱硝催化剂的制备，并运用XRD、TG、BET、H₂-TPR等表征方法对制得的催化材料进行表征分析，结合催化剂的性能及表征结果，研究WO₃对Mn/TiO₂催化剂脱硝性能的影响规律。

研究结果表明：一步浸渍法实验中，W/Ti摩尔比为0.02、0.04时，催化剂在中高温温度范围的脱硝效率得到提升；分步浸渍法实验中，W/Ti摩尔比为0.02的催化剂在中高温温度时表现出了比空白样更好的脱硝性能；水热-浸渍两步法制备的WO₃改性Mn/TiO₂脱硝催化剂在中高温时的脱硝性能不佳。不同方法制备的催化剂，其中高温温度范围的脱硝性能也有差别，一步浸渍法效果最好，分步浸渍法次之，水热-浸渍两步法效果最差。基础催化剂最高活性温度为200 ℃，活性窗口为150-280 ℃，0.02 W-Mn/TiO₂催化剂达到240 ℃，活性窗口为190-310 ℃；0.04 W-Mn/TiO₂催化剂最高活性温度达到280℃，活性窗口为230-320℃。

本文的特色在于：探索制备WO₃改性Mn/TiO₂脱硝催化剂，并进行了不同制备方法间的对比分析。综合运用XRD、TG、BET、TPR等表征手段对催化剂的组成、结构和性能进行了研究，探究了WO₃的引入方式对Mn/TiO₂催化剂脱硝性能的影响规律。

关键词：WO₃改性；Mn/TiO₂；脱硝；中高温

Abstract

Nowadays, people pay more and more attention to the environmental protection, the development of the corresponding technology to control nitrogen oxide emissions has become a top priority.In this paper, a series of WO₃ modified Mn/TiO₂ catalysts were prepared by the addition of WO₃, and the performance of the catalysts was tested. The catalyst takes TiO₂ as the support and MnO_x as the active component. The preparation of XRD, TG, BET, H₂-TPR were used to characterize and analyze the catalytic materials prepared by using one step impregnation method, step by step impregnation method and hydrothermal impregnation method. Based on the performance and characterization results of the catalyst, the influence of WO₃ on the performance of Mn/TiO₂ catalyst was studied.

The results show that one step impregnation method, the molar ratio of W-Ti is 0.02, 0.04 catalyst in high temperature range of denitration efficiency has been improved; step by step impregnation method experiment, W-Ti molar ratio for 0.02 catalyst at high temperature showed better than a blank sample of denitration performance; hydrothermal and impregnation two step preparation of WO₃ modification of Mn/TiO₂ catalyst at high temperature in the denitration performance is poor. The catalysts prepared by different methods have different performance in the range of high temperature, one step impregnation effect is best, second step by step impregnation method, hydrothermal impregnation effect is the worst. The maximum active temperature of the base catalyst was 200 ℃, and the active window was 150-280 ℃; 0.02 W-Mn/TiO₂ catalyst with the highest active temperature of 240 ℃, the active window is 190-310 ℃；0.04W-Mn/TiO₂ catalyst with the highest active temperature reached 280 ℃, the active window is 230-320 ℃.

There are some features in this paper. To explore the preparation of WO₃ modified Mn/TiO₂ catalyst, and the comparative analysis of different preparation methods. The composition, structure and properties of the catalysts were studied by means of XRD, BET, TG and TPR, and the effect of the introduction of WO₃ on the performance of Mn/TiO₂ catalyst was investigated.

Key words:WO₃ modification；Mn/TiO₂；denitration；moderate to high temperature

目录

第1章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2选择性催化还原研究现状 2

1.3研究内容及目的 4

第2章 实验部分 5

2.1实验原料 5

2.2实验仪器 5

2.3催化剂的制备 5

2.4催化剂的脱硝性能测试 6

2.4.1实验装置 7

2.4.2测试流程 8

2.5催化剂的表征测试 8

2.5.1 XRD 8

2.5.2 TG 8

2.5.3 BET 9

2.5.4 H₂-TPR 9

第3章 结果与讨论 10

3.1催化剂的脱硝性能测试 10

3.2催化剂的表征测试 12

3.2.1催化剂晶相组成分析 12

3.2.2催化剂的热失重分析 15

3.2.3催化剂的空隙结构分析 17

3.2.4催化剂的氧化还原能力分析 19

3.3 W对Mn/TiO₂催化剂性能影响的综合讨论 21

第4章 结论与展望 23

4.1实验小结 23

4.2不足与展望 23

参考文献 24

致谢 26

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

随着经济的迅速发展，大气污染等环境问题已经引起人们极大的关注，工业生产在为我们提供各种所需的物品的同时也产生了大量的废气排放，氮氧化物作为重要的大气污染物，其治理已经逐渐提上了日程。氮氧化物是由氮与氧的化合物所组成的，如一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮和五氧化二氮等都属于氮氧化物，这其中人们通常所说的空气污染物一般指的是NO 和NO₂^[1]。氮氧化物对人、动植物以及生态环境都具有相当大的危害性，主要包括：对人体和动物具有毒害作用，可以造成呼吸系统方面的疾病；影响植物的正常生长，使植物出现如叶片脱落等一些病害；会形成光化学烟雾、酸雨和酸雾等；对地球臭氧层具有破坏作用 ^[2]。

大气中NO_x的来源众多，按性质一般可以分为自然源和人为源这两方面，人为源中化石燃料的燃烧是造成空气NO_x污染最重要的原因^[3]。我国是一个煤炭消耗的大国，对煤炭有很大的依赖性，煤炭作为一种十分重要的化石燃料在能源消耗中占有极大的比重。根据有关的统计数据，我国每年的煤炭消耗量极其惊人，已经达到了上亿的水平，每年由此而导致了大量NO_x的排放^[4]，由NO_x所引起的环境污染不容忽视。在我国，对煤炭的利用方式较为粗放，绝大部分的煤炭都是使用直接燃烧的方式而被消耗，尤其是将之用于火力发电、重工业的生产活动中^[5]。在相当长的时期内，烟气中的NO_x排放仍是导致我国大气NO_x污染的一个重要因素，根据中国年鉴的统计结果，我国2014年NO_x排放量为2078万吨，对NO_x污染的治理现在已经刻不容缓。政府已于2015年11月发布了关于“十三五规划”的《建议》，《建议》提出要坚持绿色发展，着力改善生态环境，环保部也已经明确指出2016年的环保工作主要目标包括：与2015年相比，NO_x的排放量下降达到3 %。不难看出，在人们越来越注意环境保护的今天，污染物的排放标准只会越来越严格，执行力度也将会越来越大，经济社会的发展不能建立在破坏环境的基础上，发展相关的NO_x减排技术已经成为时代必然的要求。