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烧结烟气CO氧化中Pt基催化剂的水促进机理研究

文献类型:学位论文

作者胡宇涛
答辩日期2022-06-01
文献子类硕士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师朱廷钰
关键词一氧化碳催化氧化,烧结烟气,耐水耐硫性,铂基催化剂,水促进机理
英文摘要

烧结工序排烟量大、烟气成分复杂,排放的多种气态污染物占钢铁行业的一半以上,是我国钢铁行业超低排放顺利实施的关键。目前烧结工序超低排放技术主要围绕脱除烧结烟气中的氮氧化物,在多种脱硝技术中,中低温选择性催化还原(SCR)技术因其净化效率高、稳定性好等优点,受到广泛应用。但该技术应用过程中,为了达到中低温SCR脱硝的温度窗口,需要消耗大量的高炉煤气进行燃烧补热,而烧结烟气中高浓度的CO却未经任何处理直接对外排放,浪费了烧结烟气中CO的化学能。如果通过催化氧化技术有效脱除烧结烟气中的CO,利用烧结烟气氧化放出的热量提升烟气温度,满足后续选择性催化还原的温度窗口,既可降低高炉煤气的消耗,又能减少烧结烟气中的CO排放。然而,目前仍缺乏适用于烧结烟气的CO氧化催化剂,考虑到烧结烟气中的主要存在的大量水汽和少量残留的SO2,因此选用具有较好抗烧结型和耐硫性,且在含水气氛中反应活性比较高的Pt基催化剂作为开发对象,研究水汽对Pt基催化剂上CO氧化反应的影响有助于理解H2O的作用机制,对现实反应条件下设计高校催化剂有借鉴意义。本文首先制备了七种商用载体负载的Pt基催化剂,探究载体基本性质对CO氧化活性的影响,将七种商用载体负载的Pt基催化剂分为三类,总结了水对不同类型载体CO催化氧化的影响机制。其次,选用水促进作用较强的TiO2和基础活性较高的SiO2,研究了一系列不同钛硅比的Pt/TiO2-SiO2的特性和反应性能规律,测试了最优催化剂在模拟烧结烟气中的稳定性和抗中毒性,最后,通过对反应过程的讨论,解释了两种水促进CO氧化的反应路径。本研究主要内容和结论如下:(1)研究了Pt/Anatase、Pt/Rutile、Pt/P25、Pt/ZrO2、Pt/Al2O3、Pt/SiO2和Pt/CeO2的CO氧化性能,其中比表面积大、结晶度低、表面非晶格氧浓度高和金属态Pt的占比高的Pt/SiO2的CO氧化活性最好,T100 = 210 °C。水对催化性能的影响可以分为三类:可还原性TiO2负载的催化剂活性明显提升,T100降低60 °C以上;相对惰性的载体负载的催化剂活性提高较少,T100的降低不到20°C;活性载体负载的Pt/CeO2上水和CO产生竞争吸附,反应活性降低。(2)共水解法制备的TiO2-SiO2复合载体负载的Pt催化剂不仅反应活性提高、且在水的促进作用下活性进一步提高,这是因为Si4+进入TiO2晶格形成Ti-O-Si键,可以抑制TiO2晶体生长,阻碍TiO2晶相转变,提高热稳定性和活性,增大比表面积,增多表面Si-OH活性位点,提升氧化还原性能,还可以削弱Pt与TiO2间的相互作用,使Pt以金属形态存在,制备的Pt/1Ti-3Si在模拟烟气条件中表现出良好的稳定性和耐中毒性,提供了开发适用于烧结烟气CO氧化催化剂的思路。(3)通过H218O同位素实验证明,水在Pt/TiO2-SiO2上参与CO氧化的程度与载体对水的亲和性呈正相关,在可还原性载体上H2O通过COOH路径促进CO氧化,在Pt与TiO2-SiO2的界面处通过HCOO路径促进CO氧化。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60996]  
推荐引用方式
GB/T 7714
胡宇涛. 烧结烟气CO氧化中Pt基催化剂的水促进机理研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2022.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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