摘 要

氮氧化物(NO_x)是主要的大气污染物之一，可导致严重的环境问题，如何科学有效的减少氮氧化物排放已成为环保领域的一个重要课题。选择性催化还原(SCR)技术是所有脱除以及控制NO_x技术中最为有效的手段，该技术的关键是催化剂的研发。传统商用钒钛催化剂给环境带来的二次污染问题不容忽视，开发绿色环保、价格低廉的新型SCR催化剂迫在眉睫。CeO₂基催化剂被认为是最有希望取代目前的商用钒基催化剂的一类催化剂，我国CeO₂储量丰富，价廉易得，加快CeO₂基催化剂在脱除NO_x方面的研究符合我国的可持续发展战略。

本文采用自发沉积策略成功制备出一系列不同配比的非晶态Ce-Ti催化剂，利用XRD、Raman、TEM、N₂吸附-脱附、H₂-TPR、NH₃-TPD及原位DRIFTS等技术对催化剂进行了表征，并考察了其催化还原NO反应的催化性能以及抗H₂O和SO₂毒化能力，在此基础上对催化剂的结构和性能之间的构效关系进行了探索。

关键词：非晶态 选择性催化还原 Ce-Ti催化剂 掺杂 抗二氧化硫

ABSTRACT

Nitrogen oxide (NOx) is one of the main atmospheric pollutants, which can lead to serious environmental problems, how to scientific and effective to reduce nitrogen oxide emissions has become an important topic in the field of environmental protection. Selective catalytic reduction (SCR) technology is the most effective NOx removal and control technology of all means of catalyst is the key to the technology research and development. Traditional commercial vanadium titanium catalyst secondary pollution to the environment problem that nots allow to ignore, development of green environmental protection, low prices of new SCR catalysts is imminent. CeO2 base catalyst is considered to be the most likely commercial vanadium catalyst to replace the current class of catalysts, CeO2 reserves in our country is rich, cheap, speed up the CeO2 base catalysts on the removal of NOx research conforms to our country's sustainable development strategy.

Ce-Ti amorphous catalyst was prepared by a spontaneous deposition strategy. By using XRD, Raman, TEM, N₂ adsorption-desorption, H₂-TPR, NH₃-TPD and DRIFTS, structure and surface properties were intensive studied. Selected catalytic reduction of NO with NH₃ and the ability to resist H₂O and SO₂ of Ce-Ti amorphous catalyst were also investigated.

Keywords: Amorphous phase; SCR; Ce-Ti catalyst; Doping; SO₂ resistance

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第1章 文献综述 1

1.1 课题背景 1

1.2 NO_x的脱除及控制技术研究现状 1

1.3 SCR技术研究现状 3

1.3.1 SCR催化剂脱硝机理研究 3

1.3.2 SCR工艺概述 5

1.3.3 SCR脱硝催化剂 6

1.3.4 铈基SCR脱硝催化剂 7

1.4 非晶态材料在SCR催化剂中的应用 8

1.5 课题的意义和内容 9

1.5.1 课题的意义 9

1.5.2 研究内容 9

第2章 实验部分 11

2.1 实验原料及仪器 11

2.1.1 实验气体及试剂 11

2.1.2 实验主要仪器 11

2.2 催化剂的制备与表征 12

2.2.1 催化剂的制备 12

2.2.2 催化剂的表征 13

2.3 催化剂的脱硝活性测试 14

2.4 催化剂表征 15

2.4.1 XRD和Raman分析 15

2.4.2 SEM和TEM分析 16

2.4.3 N₂吸附-脱附分析 17

2.4.4 H₂-TPR分析 19

2.4.5 NH₃-TPD分析 20

2.4.6 原位DRIFTS分析 20

第3章 总结 24

参考文献 25

致 谢 29

第1章 文献综述

1.1 课题背景

伴随着跨越式发展的不仅有日渐繁荣的国家面貌，近年来集中爆发的环境问题已经显露出发展的后遗症。温室效应带来了异常气候，臭氧层空洞加剧紫外伤害，持续雾霾更是直接影响到大众的身心健康，这些严重影响到人类生产、生活以及身体健康的生态环境问题无一不与氮氧化物(NOx)排放有关。我国NOx排放量的一半以上来自于煤炭等化石燃料的燃烧^[1]，据统计，全国总排放量的45%源于燃煤电厂的烟气，另有30%源于机动车等移动源尾气的排放，其他行业总共占25%^[2]。我国是世界上最大的煤炭消费国，虽然近年来不断调整能源结构以求降低煤炭的利用率，但是在今后一段时间内，我国的主要能源来源依然是煤炭燃烧，我国NO_x的排放量问题并没有得到根本解决。根据国家统计局数据测算，1980 年我国氮氧化物排放总量为470万吨，1995年排放总量达1000万吨，2000年这个数字增长到1500万吨，而到2011年全年排放氮氧化物超过2400万吨，若再不加以有效治理，预计至2030年全国氮氧化物排放量将达到3200-4300万吨，取代美国成为世界第一大氮氧化物排放国^[3,4]。

上世纪70年代，欧美等一些发达国家已经开始意识到NO_x过量排放的危害，各国根据自身状况陆续出台了一系列法律法规，相继对燃煤烟气以及其他工业窑炉烟气中的NO_x排放量进行了严格限制，并且日趋完善。相对来说，我国在氮氧化物排放控制方面起步比较晚。我们应该清醒的认识到，要想科学有效的解决氮氧化物污染问题，仅仅依靠这些法律法规来严格限制NO_x的排放是远远不够的，我们更要学会采用经济、技术等手段，大力研究开发燃煤烟气氮氧化物脱除（脱硝）技术，以实现资源的高效利用，减少环境污染。

1.2 NO_x的脱除及控制技术研究现状

NO_x污染控制技术受到国内外学者的广泛关注和研究，目前主要分为燃料燃烧前预脱硝，燃烧中控制技术和燃烧后烟气脱硝^[5]三类技术。其中燃料燃烧前预脱硝是指燃料在未使用之前，通过超临界萃取等技术降低燃料中氮的含量，从而达到减少NO_x排放量的目的，然而这种技术所需成本过高，所以在实际的工业生产中应用非常少。

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