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【6h】

ZrNiAl水滑石基复合金属氧化物催化氧化SO2及丙烯催化还原NO的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 烟气脱硫脱硝技术研究进展

1.2 层状双羟基复合金属氧化物(LDH)

1.2.1 LDH结构与性质

1.2.2 LDH在催化中的应用

1.3 本文的选题依据和研究内容

1.3.1 选题依据

1.3.2 研究内容

第二章 实验及测试方法

2.1 实验部分

2.1.2 NiAl类水滑石材料的制备

2.2 催化剂物化性质表征

2.2.2 热分析/热重(DTA/TG)

2.2.3 傅立叶红外光谱(FTIR)

第三章 负载Zr的NiAl类水滑石的制备及其表征

3.1 引言

3.2.1 实验试剂与仪器

3.2.2 NiAl类水滑石负载Zr的制备

3.2.3 催化剂的表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 TG-DTA曲线分析

3.3.2 XRD结果分析

3.3.3 FTIR表征分析

3.3.4 Py-FTIR分析

3.4 本章小结

第四章 Zr掺杂NiAl类水滑石衍生复合氧化物催化氧化SO2的研究

4.1 引言

4.2.1 实验试剂与仪器

4.2.2 催化剂的表征

4.3 结果与讨论

4.3.2 In situ FTIR结果分析

4.4 本章小结

第五章 Zr掺杂NiAl类水滑石衍生复合氧化物C3H6催化还原NO的研究

5.1 引言

5.2.1 实验试剂与仪器

5.2.2 催化剂的表征

5.3 结果与讨论

5.3.1 NO-TPD结果分析

5.3.2 C3H6催化还原NO结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 对未来工作的建议

参考文献

致谢

在学期间发表论文及专利情况

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摘要

本文围绕利用金属氧化法脱硫脱硝这一环保领域的研究热点,对NiAl类水滑石基复合金属氧化物催化剂应用于催化氧化SO2及催化还原NO进行研究。以尿素为沉淀剂,Ni/Al摩尔比为3,采用共沉淀法制备催化剂。将Zr引入载体中作为活性组分,对其进行了一系列的物化性能表征测试和脱硫脱硝的性能测试。主要结论有以下几点:
  1、通过对NiAl类水滑石催化剂进行改性,选择对氧亲和力很强的Zr作为活性组分,研究结果表明Zr的引入对催化剂的催化活性有积极的影响。在TPD和In situ FTIR的结果中表明,Zr负载量为5%时,无论是催化氧化SO2,还是催化还原NO,对比与其他负载量的催化剂来说,5%ZrNiAlO的催化效果是最好的;一方面,由于Zr的引入与NiAl存在着较强的相互作用,另一方面Zr不仅能增加催化剂表面的活性位和晶格氧浓度,而且能提高催化剂表面L酸的数量,促进更多的SO2及NO在催化剂表面的吸附和活化。
  2、对NiAl类水滑石基衍生复合金属氧化物催化剂在催化氧化SO2的反应过程中,利用原位红外光谱技术进行分析,分析结果表明SO2在催化剂表面生成硫酸盐和亚硫酸盐物种,这些物种均以稳定态吸附于催化剂的表面。在反应中,SO2首先与催化剂表面的羟基位发生反应形成硫酸盐物质。OH-的消耗增强了对O2-的有效利用。在O2条件下催化剂的催化性能强于在N2条件的催化性能。这是由于气相中的O2容易吸附在催化剂的表面形成表面活性氧,为催化剂在催化反应过程中提供更多的活性氧位点。此外,由于NiAlO本身具有氧化还原能力,有助于将SO2氧化为硫酸盐。
  3、催化剂在对NO催化还原过程中,通过分析原位红外谱图发现,O的参与改变了催化剂表面对NO氧化作用的途径。在无氧条件下反应时,催化剂表面生成的物种主要是硝酸盐和弱吸附的NO及NO2;在富氧条件下反应时,主要生成的物种是硝酸盐和亚硝酸盐。O的不足减少了在催化剂表面形成的氧活性位,同时也削弱了催化剂在催化反应过程中的活性。此外,在C3H6选择性催化还原NO的反应过程中,是否有O的参与对NO的转化影响很大。在氧气充足的反应条件下,双齿硝酸盐是C3H6选择性催化还原NO反应过程中的活性中间体。随着C3H6通入量的增加,促进双齿硝酸盐逐渐被还原成单齿硝酸盐。

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