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NH3选择性催化还原NOx(SCR)是目前脱除烟气中NOx的最有效方法。当前国际上主要采用的V2O5/TiO2和V2O5-WO3/TiO2催化剂需要在330℃以上使用,以避免SO2对催化剂的毒化。由于我国大部分电厂锅炉已安装脱硫设备,此时烟气温度较低,这使得国外技术并不能直接匹配在我国现有污染物控制系统中,因此需要一种低温高效,并且能够抗硫毒化的脱除NOx的催化剂。前期研究表明,V2O5/AC催化剂在低温下(180-250℃)具有很高脱硝活性,同时硫不但对其不毒化,反而促进其脱硝。这种性质是其它催化剂所不具备的,因此研究SO2对其脱硝活性的影响机理具有很重要的意义。 课题组前期已经对SO2促进V2O5/AC催化剂SCR脱硝的机理提出了一些认识,但由于缺乏原位数据的支持,这些认识尚不能得到证实。因此,本论文利用漫反射原位红外技术,对SO2影响V2O5/AC催化剂SCR脱硝的机理进行了较系统研究,分析了SO2对催化剂表面的NH3吸附行为、NOx吸附行为以及NH3的反应性的影响等。主要工作和得到的结论如下: (1)考察了SO2对V2O5/AC催化剂NH3以及NO+O2的吸附性的影响。研究发现,新鲜V2O5/AC催化剂以及脱硫处理后V2O5/AC催化剂表面均存在两种酸位,NH3吸附后分别在其表面形成Bronsted酸位的NH4+和Lewis酸位的NH3。脱硫后V2O5/AC催化剂对NH3的吸附能力大大提高:单独吸附NH3时主要为Lewis酸位的共价态NH3;而在有H2O的情况下,会大量生成Bronsted酸位的NH4+离子。新鲜V2O5/AC催化剂对NO有一定的氧化吸附能力,主要生成吸附态NO2;而脱硫后的V2O5/AC催化剂基本不吸附NO。 (2)考察了SO2对V2O5/AC催化剂对NH3的反应性的影响。结果表明,新鲜V2O5/AC催化剂上只有吸附在Lewis酸位的共价态NH3能够参与反应,Bronsted酸位的NH4+离子基本没有活性;而脱硫后的V2O5/AC催化剂上不仅Lewis酸位的共价态NH3吸附量大大增加并能够参与反应,而且生成的Bronsted酸位的NH4+离子也具有很好的活性,能够与气相NO反应。 (3)研究了SO2对V2O5/AC催化剂脱硝机理的影响。发现新鲜V2O5/AC催化剂上同时存在Eley-Rideal和Langmuir-Hinshelwood两种机理,而脱硫后的V2O5/AC催化剂主要存在Eley-Rideal机理,因为其基本不吸附NO。SO2促进了V2O5/AC催化剂上的脱硝活性,这源于两方面:一方面是由于促进了NH3的吸附,提高了脱硝速率;另一方面,增强了催化剂表面生成的NH4+的活性,使其能够直接与气相NO参与反应。 (4)基于对SO2促进V2O5/AC催化剂脱硝的研究,开发了新型钒炭催化剂,即将VOSO4直接负载于活性炭制得的V-S/AC催化剂。其制备过程简单且经济节能,而且在所考察温度范围内(90-240℃),脱硝活性均高于V2O5/AC催化剂。同V2O5/AC催化剂一样,V-S/AC催化剂也具有很好的抗硫性,且较低浓度的SO2能促进其SCR活性。