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氮氧化物的排放可造成酸雨、光化学烟雾等环境问题,严重影响着人类的生产及生活,是目前国内外急需解决的热点问题。选择性催化还原(SCR)技术是控制氮氧化物排放的有效方法之一,具有脱硝效率高、选择性好、运行可靠等优点,已广泛应用于火电厂烟气脱硝中。SCR脱硝技术的核心是催化剂,国内主要使用的是以TiO2为载体的蜂窝状催化剂。TiO2使用量约占催化剂总质量的80%,使得催化剂存在生产成本高等问题。 本文以一种廉价的多元氧化物为催化剂主要原料,取代昂贵的TiO2,并借鉴成熟的钒钨钛体系SCR催化剂制备工艺,利用多种氧化物对多元氧化物进行改性制备脱硝催化剂。实验中分析了多元氧化物的基本性质,研究了多元氧化物催化剂的基本脱硝活性。利用Al2O3与多元氧化物形成复合载体,考察了不同催化助剂、氧化钨含量、氧化钒含量对SCR催化活性的影响,并研究不同工况条件下催化剂的催化性能。利用X射线衍射(XRD)、比表面分析(BET)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对不同条件下制备的催化剂进行了表征。 对多元氧化物的基本性质进行了研究。研究结果表明,多元氧化物中主要有Fe、Si、Na、Al等多种元素,颗粒表面存在Si、Al、V元素的富集现象。多元氧化物比表面积极低,其主要存在晶相为α-Fe2O3及锥辉石 NaFe(SiO3)2等含铁结晶相,其基础脱硝活性较低。 采用多种氧化物对多元氧化物进行改性制备催化剂。结果表明,高比表面积Al2O3可与多元氧化物形成复合载体,使得复合载体的比表面积明显增加;在以1 wt.%氧化钒为活性成分时,相比于催化助剂 CeO2、MoO3,WO3具有较优的催化活性,其对氨气的氧化率较低。 研究了不同浓度的WO3及 V2O5对多元氧化物复合载体的改性效果。研究结果表明,多元氧化物在催化剂中起到惰性载体作用,Al2O3可包覆在多元氧化物表面形成复合载体,当在复合载体上负载WO3及V2O5后,催化剂表面只存在V、W、Na、Al、O五种元素,V、W分别以+5、+6价态存在于催化剂表面,氧化钒为催化剂的活性成分,此时催化剂具有较优催化活性。在WO3含量为8 wt.%,当负载的V2O5浓度上升至6 wt%时,催化剂孔径结构未发生明显变化,V2O5均以非晶态形式存在于催化剂中;在V2O5负载量为4 wt.%,WO3浓度达到10~12 wt.%后,催化剂出现了明显的WO3结晶相,比表面积有所下降。在多元氧化物使用量为70 wt.%,V2O5负载量在3~5 wt.%内,WO3含量为8~10 wt.%时,催化剂具有较优活性,300~400℃活性均大于80%,其对氨气氧化率较低。 对于4V10W/Al-X催化剂,研究了氨氮比、空速、NO浓度、氧浓度、SO2对催化剂活性影响,在300~400℃的温度区间和O2浓度大于1%、氨氮比为0.8~1.4、空速低于10000 h-1时,脱硝率均可达80%以上,且对不同NO初始浓度有较好的适应能力,表明该催化剂具有良好的脱硝活性和较宽的温度窗口。