摘要
船舶柴油机废气中含有大量的氮氧化物，对人类健康和生态环境造成了严重的危害。作为一种成熟的脱硝方法，NH3-SCR技术已被成功地用于解决船舶柴油机尾气脱硝问题。当前，船舶SCR脱硝技术普遍采用钒(V)基催化剂(V2O5-WO3(MoO3)/TiO2)。然而，V基催化剂存在低温活性差、活性温度窗口窄(300~400℃)、活性组分(V2O5)有毒性等问题。近年来，锰(Mn)基催化剂被认为是一种极具潜力的低温SCR脱硝催化剂，但需进一步提升其低温活性、N2选择性、抗SO2性能。本文选取MnOx催化剂作为研究对象，采用沉淀法方法合成了一系列稀土元素掺杂的MnPrOx复合金属氧化物催化剂，并系统的研究了SCR脱硝性能与相关反应机理，所开展的具体研究工作如下： (1)采用共沉淀法合成了一系列具有不同Pr/Mn摩尔比的MnPrOx催化剂，研究了Pr掺杂对MnOx催化剂NH3-SCR脱硝性能影响。结果表明，Pr掺杂可显著提高MnOx催化剂的低温SCR活性。当Pr/Mn摩尔比为0.1时，MnPrOx-0.1催化剂的NO转化率在100~220℃温度范围内为100%。根据表征结果可知，Pr掺杂有利于提升催化剂表面MnOx活性物种的分散度，增大催化剂的比表面积，增强催化剂的氧化还原性，增加催化剂表面弱酸位点的数量，提高催化剂表面Mn4+物种与吸附氧物种的比例。In-situDRIFTS结果表明，Pr掺杂未对MnOx催化剂的SCR反应机理产生明显影响，MnOx和MnPrOx催化剂的SCR反应均遵循E-R和L-H机理。 (2)对比研究了Pr掺杂对MnOx催化剂抗硫抗水性能的影响作用，并探究分析了相关反应机理。结果表明，Pr掺杂可显著提高MnOx催化剂的抗硫抗水性能。当进气中共存5%的H2O时，MnPrOx-0.1催化剂的NO转化率始终保持在100%。而当进气中共存100ppm的SO2时，MnPrOx-0.1催化剂的NO转化率在2.5h内由100%小幅地下降至90.8%。SO2会导致MnOx催化剂快速失活，原因是MnOx活性物种易与SO2反应而生成硫酸盐。而对于Pr掺杂的MnOx催化剂，一方面，SO2会优先与PrOx物种反应，间接保护MnOx活性物种；另一方面，Pr掺杂有利于抑制SO2与MnOx活性物种的反应，却会促进SO2与NH3之间的反应，这也在很大程度上保护MnOx活性物种。In-situDRIFTS测试结果表明，当烟气中共存有SO2时，MnOx催化剂以E-R或L-H路径进行的SCR反应均受到明显的抑制；MnPrOx-0.1催化剂以L-H路径进行的SCR反应受到轻微的抑制，而以E-R路径进行的SCR反应几乎不受影响。
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