低温等离子体协同稀土型催化剂脱除富氧条件下机动车尾气中NOx的研究

The research uses high-voltage pulsed discharge plasma and rare-earth composite catalysts coupling technology to remove nitrogen oxides(NOx) from exhaust gas containing a large amount of oxygen(O2). The hydrocarbon(HC) is added to the reaction system，it can assist the gas-phase oxidation of NO to NO2 by discharge plasma in excess oxygen, and it also can assist the gas-phase reduction of NO2 to N2 by catalyst. The technology exerts the synergistic effect of discharge plasma and catalyst to improve the removal efficiency of NOx to achieve a higher emission standards.The main purpose of this work is to design a novel multistage reactor, to investigate its discharge characteristic with different electrode forms and catalyst placement methods. By optimizing the reactor structure, we can get the optimal methods of electrode configuration and structure design of the reactor, and also get the reactor with catalyst to match the best way. We will carry out the rare-earth composite catalysts preparation research, to choose the best carriers, dope precious metals, load rare earth element, optimization conditions of preparation, get the efficient rare-earth composite catalysts. At last, the influences of different factors on removal efficiency of NOx by discharge plasma and catalyst coupling reactor should be investigated, to get the optimal working condition and maximum removal efficiency of the reactor. According to the experimental results of testing the intermediate products, final products and catalyst properties, the numerical simulations of the denitration reaction kinetics will be studied. And we can get the physical-chemistry reaction mechanism of NOx removal by discharge plasma-catalyst coupling technology. The research of discharge plasma and catalyst coupling technology for NOx removal with oxygen-rich will provide a new way for exhaust gas of locomotive treatment.

采用脉冲放电等离子体和稀土复合型催化剂协同技术脱除机动车尾气富氧状态下的 NOx。在反应体系内添加碳氢化合物，发挥放电等离子体和催化剂的氧化-还原协同效应，有效脱除NOx，解决机动车尾气NOx污染问题。设计新型反应器，进行反应器不同电极配置的放电特性、反应器中催化剂放置方式的研究，优化反应器结构，给出反应器结构优化设计方法；进行稀土复合型催化剂制备的研究，选择不同载体，掺杂贵重金属，负载稀土元素，优化制备条件，制备出高效稀土复合型催化剂；进行各影响因素对放电等离子体－催化反应器的脱硝效率的影响研究，得到反应器的最佳运行条件和最高脱除率；测试各级产物及催化剂特性变化等，根据实验测试结果建立数学模型，数值模拟脱硝反应动力学，给出放电等离子体和催化剂氧化-还原脱除 NOx 的反应机理。放电等离子体协同催化剂氧化-还原脱除富氧状态下 NOx 的研究将为研究开发机动车尾气脱硝技术拓展一条新思路。

目前机动车排放污染特别是尾气中的NOx给城市居民健康和环境带来的危害受到极大关注，低温等离子体技术脱除机动车尾气中的NOx是近几十年来兴起的脱硝新技术，应用范围广。本研究提出开发制备新型高效稀土复合型催化剂，采用脉冲放电与催化剂协同作用脱除机车尾气中的NOx。主要研究内容为：设计了体积小、紧凑型的线-筒、针-板式、锯-板等反应器。研究了不同电极形式反应器的电极配置对脉冲放电能量利用率和脱硝效率的影响，进行了反应器结构优化设计，得到反应器本身结构的最佳配置；研究了复合型催化剂的放置方式，以及催化剂对放电特性的影响，得到了反应器与催化剂放置方式的最佳配置，有效地发挥脉冲放电等离子体和复合型催化剂的协同作用。进行了稀土复合型催化剂的制备。以-Al2O3为载体，添加Ni、Co、Mn、Ce、Ag等元素制备了系列催化剂；以5A分子筛为载体，制备了系列催化剂，并利用稀土元素Ce对Fe/5A分子筛改性，制备了Ce-Fe/5A分子筛；采用柠檬酸溶胶凝胶法制备LaMnO3钙钛矿催化剂，掺杂Fe、Co、Ni、Sr、Ce等元素，制备了La0.5Ce0.2Sr0.3Mn0.5Ni0.2Fe0.3O3系列高效催化剂。同时结合XRD、SEM、XPS、BET等表征手段对催化剂进行了表征，并通过实验筛选出最佳催化剂。对模拟机车富氧条件尾气中NOx进行脱除实验，在不同形式的反应里，结合不同的放电形式，研究了电源电气参数、反应器电极配置、被处理模拟气体成份组成及初始浓度、稀土复合型催化剂的种类和参数、催化剂在反应器内的放置方式、添加的还原剂气体的种类和添加量等对NOx脱除率的影响，得出了放电等离子体协同催化剂氧化-还原NOx最佳效果的实验条件和脱硝效率。最后，结合相应的理论及测试结果，完成了协同效应中NOx被脱除的化学反应动力学的分析。. 因此，课题的研究做了大量数据，取得了一定成果，对治理富氧条件下机动车尾气中的NOx提供一条新思路。也利用赣州丰富稀土资源开发出新型的催化剂。.