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氮氧化物的危害越来越受到人们的关注。选择性催化还原(SCR)技术是重要的脱除烟气中氮氧化物的技术,而催化剂是其中关键的技术之一。本论文主要采用溶胶-凝胶法结合模板技术制备了高比表面积多孔二氧化钛载体,并在此基础上,通过原位掺杂一步合成具有高比表面积多组分的V2O5/TiO2基催化材料,研究了材料的结构并考察催化活性。
适量的有机表面活性剂为孔结构导向剂,钛酸丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法合成了具有较高比表面积的二氧化钛材料。有机醇溶剂体系合成的二氧化钛具有较好的热稳定性,经450℃焙烧后为单一锐钛矿相结构,平均晶粒尺寸约为12.7nm,比表面积约为160m2g-1,孔径约为8nm。
硝酸溶液体系合成二氧化钛溶胶-凝胶过程中,质子性溶剂甲酰胺是一种很好的溶胶体系pH值调节剂。乙酸改性钛酸丁酯制备出的二氧化钛具有很高的热稳定性,在650℃焙烧还保持锐钛矿相结构。不用乙酸改性,二氧化钛热稳定性较差,干燥后已经出现锐钛矿相结构,经过450℃焙烧已经发生了锐钛矿相向金红石相转变,650℃焙烧已经完成转变为金红石相。
硫酸钛为前驱体,通过添加质子溶剂甲酰胺,可以利用溶胶-凝胶法制备高比表面积多孔的二氧化钛。在450℃焙烧,二氧化钛具有很高的比表面积为231.90m2g-1,呈明显的双孔结构特征,同时有很高的热稳定性。
醇溶剂体系制备的V2O5/TiO2催化材料。450℃焙烧,呈单一锐钛矿结构。活性组分以V=0键单层均匀分布,以V4+和V5+的两种不同价态存在,在实验室评价条件下,随活性组分含量升高,催化活性增强,NO转化效率升高,活性窗口温度变宽。氧气浓度,氨氮比,空速和二氧化硫对SCR脱硝效率有很大的影响。
硝酸溶液溶液体系制备的V2O5/TiO2催化材料。不加乙酸改性时,450℃焙烧后为锐钛矿相与金红石相的混相结构,而活性组分钒氧化物含量的增加可以抑制锐钛矿相向金红石相转变。乙酸改性钛酸丁酯,易得到单一锐钛矿相的催化剂。催化活性受活性组分含量与相结构综合影响。活性组分含量较低时,催化剂相结构对催化活性的影响较小,而活性组分含量较高时,催化剂相结构对催化活性影响较大。乙酸改性制备虽然可以得到单一锐钛矿相的催化剂,但对催化活性的影响是负面的,高NO转化效率温度起点向高温区移动,活性窗口温度变窄。不加乙酸改性制备的V2O5/TiO2催化剂,实现多组分同时掺杂。SiO2能增加基催化剂的热稳定性,抑制催化剂由锐钛矿相向金红石相转变,但对催化活性的影响是负面的。CeO2和MnO2对催化剂的热稳定性影响不大,但对催化活性的影响是负面的。WO3和MoO3能够提高催化剂的热稳定性,对催化剂的催化活性影响不大。
硫酸钛无机前驱体制备的V2O5/TiO2催化材料,有很高的热稳定性,呈双孔结构。在合适的温度下焙烧,有适量硫酸盐残留于催化材料之中,增强了催化材料的固体酸性,有利于SCR过程中的催化吸附,提高催化活性。