新型锰基钒基低温选择性催化还原no,x催化剂研究-study on a novel manganese-based vanadium-based low temperature selective catalytic reduction of no, x catalyst.docxVIP

湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日第1章绪论1.1NOx来源、危害及污染现状氮的氧化物总称为氮氧化物，以NOx表示，主要有N2O、NO、NO2、N2O4、N2O3和N2O5等，其中污染大气的主要为NO、N2O和NO2。大气中NOX主要来源于高温燃烧和工业生产过程，例如火电厂、工业窑炉、汽车尾气和硝酸生产及硝化过程等。燃料燃烧过程中所形成的NOx，通常含95%左右的NO，其余为NO2。NO本身对人类和环境的危害性并不太大（主要是影响人的红血球载血功能），但当其进入大气后，可通过一系列光化学氧化反应转化为NO2，NO2对人的眼睛和呼吸系统有强烈的刺激作用，可导致严重的支气管和肺部疾病；而且NO2可以经过一系列光化学连锁反应在大气中形成臭氧，对人体的中枢神经产生极大的伤害[1]；更严重的是NO2是硝酸和亚硝酸的前驱体，可进而形成酸雨。NOx和烃类化合物在阳光作用下，易生成光化学烟雾等比一次污染物毒性更大的二次污染物。光化学烟雾具有明显的致癌作用，它和酸雨可引起农作物和森林的大面积枯死，改变大气气候。NOx也会对臭氧层起破坏作用[2]，如O3+NO→O2+NO2,2NO2+hv→2NO+O2，使紫外线因失去臭氧层的屏蔽作用而过于强烈，危害地面生物和人类健康。同时，氮沉降量的增加还会造成地下水的污染、使地表水富营养化、对陆地和水生生态系统造成破坏。随着世界各国工业化进程的加快，人类活动向大气中排放的NOx越来越多。据统计，全世界每年排入大气的NOx（按NO2计）约为0.53亿t，而且随着全球工业的发展，还在持续增长。全球95％的NOX来源于机动车排放（49％）和电厂排放（46％）。在我国，1996年NOx排放总量为1200多万吨，2000年略有下降，为1100多万吨，其中固定源占60.8％，移动源占39.2％；随着近年来我国机动车保有量的迅速增加，固定源排放的比例已有所下降，而就燃料型NOx排放而言，燃煤仍是主要的排放来源，占总排放量的72.3％[3]；在相当长的时期内我国以煤炭为主要能源的格局难以改变，预计到2050年煤炭仍将占我国总能源的50%以上[4]，固定源仍将为NOx排放的主要来源。由此引发的环境污染问题对人体健康和生态环境构成巨大威胁，影响我国经济的持续发展。因此，开展固定源NOx污染控制的研究是国情所需、刻不容缓的工作。1.2固定源氮氧化物控制技术固定源氮氧化物控制技术主要有燃料脱氮、燃烧过程控制和尾气脱硝三种[5]。燃料脱氮技术至今尚未很好开发，有待继续研究。燃烧过程控制（即所谓的低氮氧化物燃烧技术）主要是通过改变氮氧化物生成反应条件或改进燃烧器来实现对氮氧化物生成量的控制，如改变反应温度、反应环境氧化还原性等。低氮氧化物燃烧技术目前使用较为成功和普遍的有分级燃烧(包括空气分级和燃料分级)技术、烟气再循环技术及低过量空气技术等。除了这些技术之外，还有一些新兴的技术被开发出来，如水煤浆燃烧技术、O2/CO2燃烧技术和化学链燃烧技术等低氮燃烧技术等，虽然取得一定进展，并得到部分应用，但由于多方面的原因，尚未达到全面实用阶段，已经应用的技术和设备所取得的NOx降低效率也有限，大多低于50％。因此，尾气脱硝是近期内控制NOx污染最重要的方法。尾气脱硝是指对已经生成的氮氧化物进行脱除的技术，可分为湿法和干法两种。湿法包括直接吸收法，氧化吸收法和还原吸收法等，干法则主要包括各类催化和非催化脱除法、高能电子活化氧化（EBA和PPCP）脱除法等。由于燃烧烟气和大多数工业废气中NOX的主要成分是NO，NO既难溶于水又难溶于碱液，因此湿式吸收法的脱除效率一般不高。相对地，烟气NOx干法脱除技术特别是催化脱除法，由于其具有过程简单、设备投资较少、脱除效率高等特点，因而是国际上研究最多和应用最广的技术。1.3NOx催化脱除技术1.3.1NOx催化分解技术NOx的催化分解是利用催化剂把NOx直接分解为N2和O2,被认为是当前消除NOx污染最有吸引力的方法[6]，因为它最经济，不消耗NH3、CO、CH4等还原剂；而且不