含沸石之金属触媒中进行丙烷还原氮氧化物之研究.PDF

含沸石之金屬觸媒中進行丙烷還原氮氧化物之研究 1 2 3 4 劉敏信 、林志恩 、翁瑞裕 、楊雅葳 1 朝陽科技大學環境工程與管理系副教授 2 朝陽科技大學環境工程與管理系碩士班研究生 3 康捷環保科技股份有限公司技術顧問 4 康捷環保科技股份有限公司研究員 摘要 氮氧化物為燃燒過程中無法避免產生之物質，不但會造成酸雨、溫室效應，也容易與空 氣中之碳氫化合物產生光化學反應，形成二次污染，除此之外，不論是一氧化氮或二氧化氮 都會對人體產生危害。在眾多的管末處理方法中以選擇性觸媒還原法(SCR)最常被使用於處理 一氧化氮(NO)之污染，而近年來碳氫烷類常拿來代替SCR 中的氨氣作為反應中之還原劑。因 此本研究將以一般最常使用的Pt/Rh 及 Pd/Rh 金屬觸媒內添加不同沸石，期望能增加觸媒的 活性，尋求效果最好的觸媒，並針對其活性及操作參數加以研究，反應中並以碳氫烷類作為 還原劑。從實驗結果發現，無論是Pt/Rh 或Pd/Rh 金屬觸媒，在觸媒中添加CeO2 皆會使NO 的轉化率下降，而在兩種貴重金屬的比較上，無論是否有添加CeO2 ，Pt/Rh 觸媒對NO 的轉 化率都比Pd/Rh 對NO 的轉化率較高。在Pt/Rh 觸媒中不添加CeO 而添加FER 沸石的觸媒 2 (KJ06-1)效果為最佳，其NO 轉化率可達到 21％，而Pd/Rh 觸媒中不添加 CeO2 而添加BEA 沸石的觸媒(KJ05-2)效果為最佳，其NO 轉化率可達到 11％。結論中以KJ06-1 觸媒進行操作 參數上的研究顯示，在氧氣量為0％時，NO 的轉化率可高達80％，在空間速度上則是以12,000 hr-1 為佳，而反應中若無添加還原劑則NO 轉化率效果會降至約 20％，但增加還原劑的添加 量並不會使NO 轉化率有明顯的增加。研究中亦利用Power-rate Law 及Arrhenius equation 演 算，所求出之反應活化能為 108 KJ/mol 。 關鍵詞：選擇性觸媒還原、氮氧化物、沸石 一、前言 氮氧化物為高溫燃燒時的產物，其包括了一氧化氮(NO)及二氧化氮(NO ) ，而以二氧化 2 氮對人體的傷害為最大，當空氣中含有0.25 ppm 的二氧化氮時，大氣的能見度便會下降。並 且二氧化氮對人體的呼吸器官具有刺激性的作用，導致肺部機能衰退抵抗力變弱，會引發如 氣管炎、肺炎等疾病，據一些研究報告指出，長時間暴露於1 ppm 的NO2 的環境下會引發肺 氣腫的疾病。燃燒過程中所產生的氮氧化物中一氧化氮就佔了約90％，其不但在大氣中為容 易形成NO2 的前驅物，也容易與大氣中的碳氫化合物進行光化學反應，生成強氧化性物質（臭 氧、過氧乙醯硝酸鹽）。近年來固定污染源常使用選擇性觸媒還原法（Selective catalytic reduction, SCR ）來作為氮氧化物的管末處理之選擇，早期之選擇性觸媒還原法乃是以氨氣 (NH )為還原劑，但氨氣在儲存及運輸上有許多工安的問題，因此，人們開始研究以碳氫化合 3 物作為還原劑，進行選擇性觸媒還原法來處理NOX 的相關技術研究[1] 。 二、文獻回顧 一般常使用於SCR 的觸媒可分為貴重金屬、金屬氧化物及酸性沸石，一般金屬氧化物雖 然價格便宜但其與貴重金屬相比效率較差，貴重金屬中的Pt 及Pd 不但可以耐較高的溫度， 不容易形成氧化態，對於高溫所帶來的燒結、活性成分流失等具有較高的抵抗性，故常被使 用。Pt 及Pd 觸媒的活性雖然很高，但仍有昂貴且選擇性差等缺點[2] ，Maisuls 等人就曾經在 Pt 觸媒中添加Co 及ZSM-5 沸石，期望能在不減少Pt 活性下增加觸媒的選擇性[3] ，此外若在 觸媒中添加Rh 可避免將部