NTP协同条件下Mn/ZSM-5催化氧化NO研究

氮氧化物(NOx)引起的环境污染问题越来越严重,我国正在加强对燃煤烟气等工业烟气中NOx的排放限制,这使得烟气脱硝成为继脱硫之后的重大气体污染控制课题；低温等离子体(NTP)协同催化技术是气体污染治理的热点课题之一,本论文提出运用该技术进行烟气脱硝的技术路线,探讨了等离子体协同催化剂“一段式”催化氧化NO的可行性,考察负载量、焙烧温度、前驱体等不同制备条件下催化剂的反应活性；通过优化NTP反应器参数,确定反应器的最佳运行参数；并针对NTP协同催化氧化反应：考察催化剂颗粒尺寸、填充量及SO2、H2O、进口NO、O2浓度对反应活性的影响,以达到低温低能耗脱硝的目的。本论文主要研究内容及结论为： 1.采用过量浸渍的方法,以锰元素作为活性组分,制备不同载体的负载型催化剂,并考察制备条件对反应活性的影响。实验表明：ZSM-5分子筛为载体、选用乙酸锰为前驱体、锰元素负载量为10%、焙烧温度t=400℃并采用超声辅助浸渍方式制备的催化剂反应活性较为理想,反应中其NO氧化效率可达73%。对催化剂进行BET、XPS等表征,获得其结构和形貌等特性,探讨了制备方法对催化剂结构和反应活性的影响,结果表明：采用乙酸锰作前驱体所制备的催化剂比表面积较大,微孔分布较多,且催化剂表面利于低温催化氧化的三价锰元素较多,所以MA-Mn/ZSM-5催化剂反应活性较好；另外,经表征数据显示：焙烧温度不同,催化剂表面锰元素价态含量不同,焙烧温度t=400℃时,催化剂反应活性好的原因是其表面三价锰元素含量较多。 2.优化NTP反应器参数：考察了本实验系统下放电电压、介质材料、放电间隙、电极材料对反应活性的影响：当放电电压为5kV时,放电较微弱,但NO、NO2浓度变化较大,即：5kV是本实验系统中介质阻挡放电(DBD)反应器的“启动电压”,放电电压为5.5kV和6kV条件下NTP协同催化氧化NO效果较理想,当放电电压达到一定值后,增加放电电压对反应活性反而会起负作用；对介质材料筛选发现：石英玻璃反应器NTP协同催化氧化NO效果较理想；在放电间隙降至2.0mm时NTP协同催化氧化NO的效果较好；铜电极反应活性比不锈钢电极略高。 3.催化剂颗粒尺寸对反应内外扩散、气固两相的接触面积有影响,也对反应器放电参数等有影响,DBD反应器不同,对应的催化剂最佳颗粒尺寸不同,在本实验系统中催化剂颗粒的最佳尺寸为20-40目(0.38-0.83mm)；催化剂填充量为1.2g时协同催化氧化NO效果较显著。 4.实验中考察了放电电压5.5kV下,不同NO进口浓度对反应活性的影响：在一定范围内,反应活性变化不大,但当NO进口浓度增加至1340mg/m3(100ppm),反应活性明显下降；在NTP协同催化氧化NO反应过程中氧是催化剂表面主要的氧化活性物种,实验中考察了氧气浓度分别为0%、3%、5%、7%和10%时NTP协同催化氧化NO的效果,在无氧体系中,NO主要以分解为主,随着氧含量的增加,NTP协同催化氧化效果变好,并在一定范围内维持较高的催化氧化活性,但当氧气浓度过高时,副反应发生,NO的浓度增加,对NO的氧化、转化起到抑制作用,因而会降低本实验反应活性；本实验系统有一定的抗硫和抗水性能；水蒸气的添加增加了N02的出口浓度,有利于NTP协同催化氧化NO。