UiO-66及MnO_x/UiO-66复合材料的制备和脱硝性能研究

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氮氧化物(NOx)作为一种主要的大气污染物,对人类健康和环境危害极大。随着能源消耗的快速增长,NOx排放逐年增加,烟气脱硝变得极为重要。选择性催化还原(SCR)法是目前主流的脱硝技术,近年来低温高效、抗硫中毒SCR催化剂的开发备受关注。金属有机骨架材料(MOFs)具有比表面积大、金属位高度分散、孔隙率高、孔道结构规整等优点,可作为潜在的SCR催化剂。但MOFs的稳定性是限制其应用的瓶颈,为此本文选择稳定性好且含缺陷位的UiO-66用于SCR脱硝反应。本文使用乙酸作为调节剂制备UiO-66,考察其对UiO-66的结构和性能的影响。结果表明,可以通过改变乙酸用量来调控UiO-66晶体的尺寸和形貌。乙酸改性后的UiO-66的缺陷位增多,比表面积和孔体积增大。活性测试结果表明,UiO-66在较高温度(>300℃)时才表现出催化脱硝活性,乙酸改性后样品的活性增强,NO转化率最高可达95%。分别采用浸渍法和原位沉积法在Ui O-66上负载MnOx制备了MnOx/UiO-66材料作为SCR催化剂,对其结构和性能进行了系统研究,并对MnOx的负载量进行了优化。研究发现,在上述两种方法制备的MnOx/UiO-66中,UiO-66都能保持其原晶体结构和形貌;MnOx和UiO-66载体之间存在相互作用,有利于提高催化剂的低温SCR活性。与浸渍法相比,原位沉积法制备的催化剂的比表面积和孔体积较大,热稳定性较好。浸渍法制备的催化剂的低温活性明显改善,25%硝酸锰制备的催化剂在250290℃之间可保持99%的NO转化率;原位沉积法制备的催化剂具有较高的低温催化活性,MnOx负载量为8.5wt%的催化剂,在125250℃之间均能保持99%的NO转化率。因此,原位沉积法制备的MnOx/UiO-66催化剂具有良好低温活性和较宽的活性温度窗口。上述两种方法所制备的MnOx/UiO-66具有较好的抗水和抗SO2中毒性能。原料气中引入H2O后,其活性虽有较明显下降,但NO转化率仍能保持在83%以上;SO2对催化剂的活性影响较小,尤其对原位沉积法制备的催化剂的活性几乎没有影响。
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