1、氮氧化物是一種主要的大氣污染物。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國氮氧化物排放總量逐年增加，污染日益嚴重，近十年來，我國部分地區(qū)的酸雨污染正由過去的硫酸型向硫酸和硝酸復合型轉變。作為我國氮氧化物的主要排放源，對燃煤火電廠氮氧化物排放減量化迫在眉睫。選擇性催化還原法(SelectiveCatalytic Reduction，SCR)由于其技術相對成熟且脫除NOx效率高，已成為燃煤發(fā)電廠主流的脫硝技術。目前，釩鎢鈦催化劑因具有較好的脫硝效率和抗二氧化

2、硫毒化性能，已被廣泛應用于脫除燃煤火電廠等固定源所排放的氮氧化物，但其存在脫硝溫度高，脫硝成本高，釩易流失，造成二次污染等缺點;因此急需開發(fā)適合我國國情的高效、低污染、脫硝成本低的SCR脫硝技術。與釩鎢鈦催化劑相比，鐵基催化劑具有無毒、脫硝成本低廉等優(yōu)點，為一種極具開發(fā)潛力的SCR脫硝催化劑;但其低溫脫硝活性偏低，限制了其大規(guī)模工業(yè)應用。針對鐵基催化劑SCR脫硝活性溫度偏高等缺點，本文從摻雜助劑及改進催化劑制備方法兩方面來優(yōu)化其中低溫S

3、CR脫硝性能;使其脫硝溫度窗口向低溫拓寬;并揭示助劑摻雜及催化劑制備方法的優(yōu)化對鐵基催化劑SCR脫硝的促進機理。
　　 本文利用共沉淀法制備了高脫硝活性的鐵基催化劑，探討了摻雜鈰等助劑及對催化劑前驅體進行微波水熱處理對鐵基催化劑SCR脫硝活性的影響規(guī)律;系統(tǒng)考察了鐵基催化劑SCR脫硝特性，構建其脫硝反應模型;揭示了摻雜鈰等助劑及微波水熱處理對鐵基催化劑中低溫SCR脫硝性能的優(yōu)化機理。
　　 (1)沉淀劑種類對共沉淀法制備

4、的鐵鈰復合氧化物催化劑SCR脫硝性能具有重要影響，與堿金屬沉淀劑相比，氨基沉淀劑制備的鐵鈰復合氧化物催化劑表現(xiàn)出良好的SCR脫硝性能。通過對不同沉淀劑制備的鐵鈰復合氧化物催化劑及前驅體進行IR和XRD測試分析可知:NaOH和Na2CO3等堿金屬沉淀劑會促使鐵鈰復合氧化物催化劑前驅體中形成α-FeOOH和α-Fe2O3，而氨基沉淀劑會抑制前驅體中α-FeOOH和α-Fe2O3的形成，促使鐵、鈰組分在鐵鈰復合氧化物催化劑中形成固溶體;N2吸

5、附結果也表明:相比于堿金屬沉淀劑，氨基沉淀劑制備的鐵鈰復合氧化物催化劑具有大的比表面積和比孔容，能為SCR脫硝反應提供大量活性位點，從而促使其具有良好中低溫SCR脫硝活性。
　　 (2)以NH4OH為沉淀劑，利用共沉淀法摻雜鈰氧化物能夠提高鐵氧化物的中低溫SCR脫硝性能;鈰摻雜量通過影響鐵鈰復合氧化物催化劑中鐵、鈰元素的相互作用而對其SCR脫硝活性產(chǎn)生影響。實驗研究表明:當Ce/(Ce+Fe)摩爾比x由0.025增至0.10，鐵

6、鈰復合氧化物催化劑低溫SCR脫硝性能逐漸增大，而其高溫SCR脫硝性能先增大后減少，當Ce/(Ce+Fe)摩爾比x為0.05時，鐵鈰復合氧化物催化劑具有最寬的脫硝溫度窗口。
　　 (3)借助XRD、N2吸附和TPD等催化劑表征手段，揭示了鈰摻雜對鐵氧化物中低溫SCR脫硝的促進機理。研究發(fā)現(xiàn):利用共沉淀法摻雜的鈰氧化物與鐵氧化物存在較好相互作用，形成固溶體;使鐵鈰復合氧化物催化劑表面形成高活性的吸附氧和晶格氧，提高了鐵氧化物的低溫催

7、化氧化NO為NO2性能;當增大煙氣中NO2/NOx至0.3時，可分別提高Fe2O3和Fe0.95Ce0.05Oz催化劑150℃時的NOx轉化率55.9和19.9個百分點;且摻雜鈰氧化物會優(yōu)化鐵氧化物的微觀孔隙結構，促使其平均孔徑減少，使其比表面積和比孔容增大;摻雜0.05摩爾比的鈰氧化物會促使鐵氧化物比表面積和比孔容由44.53 m2/g和0.205cm3/g增至107.25 m2/g和0.285 cm3/g，分別增大了1.4倍和1.4

8、4倍，同時，摻雜鈰氧化物會促使鐵氧化物表面形成更多Lewis酸位，提升了鐵氧化物的低溫吸附NH3和NO性能，從而促進了鐵氧化物中低溫SCR脫硝性能。
　　 (4)利用積分實驗系統(tǒng)，詳細考察了煅燒溫度、空速比、活性溫度、O2濃度和NH3濃度等操作參數(shù)對鐵鈰復合氧化物催化劑SCR脫硝特性的影響規(guī)律。研究結果表明:合適的煅燒溫度對鐵鈰復合氧化物催化劑SCR脫硝性能非常關鍵;當煅燒溫度高于其前驅體完全分解溫度時，會導致α-Fe2O3從鐵

9、鈰復合氧化物中析出，使其比表面積和比孔容減少，抑制了鈰摻雜對鐵氧化物SCR脫硝的促進作用;合適的煅燒溫度為400℃。氧在鐵鈰復合氧化物催化劑SCR脫硝反應中起著重要的作用;摻雜鈰氧化物會促使鐵氧化物表面形成高活性的吸附氧和晶格氧，促使其在無氣態(tài)O2條件下表現(xiàn)出較高的SCR脫硝性能;且氣態(tài)O2易使鐵鈰復合氧化物催化劑表面快速形成吸附氧和晶格氧，參與到SCR反應中，從而提高鐵鈰復合氧化物催化劑的脫硝活性;當煙氣中O2濃度低于1％時，增加O2

10、濃度會促使鐵鈰復合氧化物催化劑的脫硝效率迅速上升，但當煙氣中O2濃度高于3％后，O2濃度對其NOx脫除率的影響不明顯;隨著煙氣中[NH3]/[NO]由0增至1.0，催化劑脫硝效率先迅速增大，后增速減緩，進一步增大煙氣中NH3]/[NO]并不會提高其脫硝效率。
　　 (5)借助微分實驗系統(tǒng)探討了Fe0.95Ce0.05Oz催化劑SCR脫硝反應動力學，構建了其催化脫硝動力學模型。在本文的研究工況下，F(xiàn)e0.95Ce0.05Oz催化劑

11、的NO、NH3和O2的反應級數(shù)依次為1.0，0和0.5。175～275℃范圍內(nèi)其催化反應活化能為42.6 kJ/mol。
　　 (6)對鐵鈰復合氧化物催化劑進行過渡金屬摻雜，探討摻雜第三種過渡金屬離子對Fe0.95Ce0.05Oz催化劑SCR脫硝性能的影響規(guī)律。研究結果表明:與W、Mo和Zr相比，摻雜Ti能夠明顯提高Fe0.95Ce0.05Oz催化劑的低溫SCR脫硝性能，促使其脫硝溫度窗口向低溫偏移，其中，合適的鈦摻雜摩爾比(T

12、i/(Ti+Fe+Ce)為0.15。
　　 (7)摻雜的鈦與鐵、鈰元素存在較好的相互作用，細化鐵鈰復合氧化物催化劑的孔徑，使其比表面積和比孔容增大;降低鐵鈰復合氧化物催化劑表面鐵、鈰活性組分濃度，提高了鐵、鈰組分的分散度;摻雜鈦會改變鐵鈰復合氧化物表面結構，增強其表面弱酸Lewis酸位，提高NH3還原劑在鐵鈰復合氧化物催化劑表面的低溫吸附;摻雜鈦也會促使鐵鈰復合氧化物表面吸附氧濃度增大，增強其表面低溫催化氧化NO為NO2性能，從

13、而優(yōu)化了鐵鈰復合氧化物催化劑的低溫SCR脫硝性能。
　　 (8)將微波水熱處理引入到鐵鈰鈦復合氧化物催化劑的制備中，可進一步提高其低溫SCR脫硝性能，使其脫硝溫度窗口向低溫偏移;且微波水熱處理的低溫優(yōu)化效果與鐵鈰鈦復合氧化物催化劑中Fe/Ti摩爾比密切相關，F(xiàn)e/Ti摩爾比越小，微波水熱處理對催化劑脫硝性能的優(yōu)化效果越強;交替微波加熱方式和微波輻射時間會影響微波水熱處理對鐵鈰鈦復合氧化物催化劑SCR脫硝性能的低溫優(yōu)化。在相同微波

14、輻射時間條件下，當交替微波加熱方式由P30逐漸變?yōu)镻80，微波水熱處理對鐵鈰鈦復合氧化物催化劑低溫SCR脫硝的促進作用降低;在P30交替微波加熱方式下;微波輻射15 min使鐵鈰鈦復合氧化物催化劑低溫SCR脫硝活性最強。
　　 (9)微波水熱處理會加速鐵鈰鈦復合氧化物催化劑前驅體的晶化速率;調整其微觀孔隙結構，使其平均孔徑和比孔容增大;并加強了鐵鈰鈦復合氧化物催化劑中鐵、鈦組分的相互作用，形成鐵鈦復合氧化物。微波水熱處理會促使鐵