Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Литературный обзор 5
1.1 Оксиды азоты, их опасность и технологии снижения выбросов 5
1.2 Метод селективного каталитического восстановления монооксидом углерода
(CO-SCR) 9
1.3 Октаэдрические молекулярные сита оксида марганца (OMS-2) 12
1.4 Иридий как активный компонент в SCR-CO 17
2 Экспериментальная часть 24
2.1 Приготовление катализаторов 24
2.2 Физико-химические методы анализа катализаторов 24
3 Результаты и обсуждения 27
3.1 Исследование фазового состава с помощью рентгенофазового анализа 27
3.2 Исследование методом комбинационного рассеяния 28
3.3 Исследование поверхности, элементного состава методом сканирующей
электронной микроскопии и текстурных характеристик методом БЭТ 29
3.4 Исследование методом термо-программируемого восстановления водородом
(ТПВ-Н2) 29
3.5 Исследование методом термо-программируемого восстановления монооксидом
углерода (ТПВ-CO) 31
3.6 Каталитические исследования 33
3.6.1 Оптимизация условий предварительной обработки для Ir/OMS-2 33
3.6.2 Сравнение каталитических свойств OMS-2 и Ir/OMS-2 34
3.7 Исследование методом ИК-спектроскопии диффузного отражения в режиме in situ 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 43
С ростом промышленного производства и увеличением числа транспортных средств всё более актуальной становится проблема загрязнения атмосферного воздуха. Одним из наиболее опасных компонентов промышленных выбросов являются оксиды азота (NOx), которые оказывают вредное воздействие не только на здоровье человека, вызывая заболевания дыхательной и сердечно-сосудистой систем, но и на окружающую среду, участвуя в формировании кислотных дождей и фотохимического смога.
Основными источниками выбросов NOx являются предприятия теплоэнергетики, металлургии, химической промышленности, а также автотранспорт, особенно дизельный. В условиях продолжающегося роста нагрузок на окружающую среду задача эффективного снижения выбросов NOx приобретает особую значимость.
Одним из наиболее действенных способов удаления оксидов азота из отходящих газов является селективное каталитическое восстановление (SCR). Однако традиционно используемые восстановители — аммиак и его производные — требуют сложной системы хранения, дозирования и контроля, что ограничивает их широкое применение. В связи с этим всё большее внимание уделяется альтернативным подходам, в частности технологии CO-SCR, основанной на использовании угарного газа в качестве восстановителя. Этот подход позволяет одновременно снижать содержание двух загрязнителей — CO и NOx — в выбросах, упрощая конструкцию систем очистки.
Эффективность процесса CO-SCR во многом определяется свойствами катализатора. В последнее время значительный интерес представляют катализаторы на основе оксидов марганца, особенно материалы с туннельной структурой OMS-2 (октаэдральные молекулярные сита). OMS-2-катализаторы демонстрируют высокую активность при относительно низких температурах, устойчивость к серосодержащим соединениям и относительную простоту синтеза, что делает их перспективными для практического применения.
Одним из направлений повышения эффективности таких катализаторов является их модификация с помощью активных добавок. В качестве одного из наиболее перспективных компонентов рассматривается иридий — благородный металл, известный своей высокой каталитической активностью, стабильностью и устойчивостью к воздействию токсичных компонентов газовой среды. Несмотря на то, что катализаторы на основе OMS-2, модифицированные иридием, пока недостаточно изучены, сам иридий представляет интерес как потенциальная добавка, способная существенно повлиять на свойства материала и улучшить его каталитические характеристики.
Таким образом, целью данной работы является установление влияния добавки Ir в систему OMS-2 на физико-химические и каталитические свойства в процессе селективного каталитического восстановления NOx в присутствии СО. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Синтезировать Ir-содержащий катализатор (1 масс.%) на основе OMS-2 методом пропитки по влагоемкости из ацетонового раствора комплекса предшественника ([1г(Н2О)з(ЫО2)з]);
2. Изучить влияние добавки Ir на структурные и физико-химические свойства катализатора Ir/OMS-2 в сравнении с немодифицированным OMS-2;
3. Исследовать каталитическую активность полученного Ir/OMS-2 образца в
реакции селективного каталитического восстановления NOx в
присутствии СО в качестве восстановителя (реакция SCR-CO), в том числе с детализацией механизма протекания реакции методом ИК-спектроскопии диффузного отражения в режиме in situ.
По результатам исследований можно сделать следующие выводы:
1. Введение иридия из комплекса предшественника ([Ir(H2O)3(NO2)3]) методом пропитки по влагоемкости на OMS-2 позволяет добиться равномерного высокодисперсного распределения активного компонента по поверхности, повышая каталитическую активность образца Ir/OMS-2 в низкотемпературной области при сохранении структуры и фазового состава исходного криптомелана по данным РФА и КР-спектроскопии;
2. Методами термо-программируемого восстановления показано, что данный метод нанесения иридия ведет к формированию сильного взаимодействия Ir-O-Mn, что позволяет существенно снизить температуру восстановления в атмосфере CO/He и H2/Ar;
3. Ir/OMS-2 проявляет большую реакционную способность в процессе CO-SCR в сравнении с OMS-2, демонстрируя значительную активность от 200 °С;
4. На поверхности Ir/OMS-2 в высокотемпературном диапазоне от 300 °С до 350 °С в процессе SCR-CO наблюдается формирование поверхностных изоционатов, превращение которых приводит к высокой селективности по N2, без образования побочного продукта N2O.
