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选择性催化还原(SCR)技术是重要的烟气脱硝技术,而催化剂是其中的关键技术之一,但是核心技术掌握在少数发达国家手中,为了推进SCR脱硝技术在我国的应用,本课题以纳米氧化钛为载体,通过主催化剂V2O5和催化助剂WO3、MoO3的加入。研究适用于燃煤电厂的V2O5-WO3-MoO3/TiO2基催化剂。研究分为颗粒状和成型性催化剂两个阶段。
开始对催化剂的成型性能进行了研究,由于纳米氧化钛为瘠性原料,直接成型时,生成的陶瓷容易出现断裂现象,不利于成型,通常需要添加一些添加剂来提高催化剂的成型性能和强度。在试验中加入了羧甲基纤维素(CMC)来提高催化剂的可塑性,添加皂化液和聚醚多元醇来增加物料的湿润性能和模具之间的润滑性,添加硅胶(5%SiO2的水溶液)来提高催化剂的强度。
其次是颗粒状催化剂活性的研究,以纳米锐钛矿型氧化钛为原料,通过引入V2O5、WO3和MoO3等活性物质,经煅烧后制备成颗粒状催化剂,在自制SCR催化剂活性平台上测试催化剂的脱硝活性,并且结合XRD、SEM、FI-IR和DSC-TG等表观-微观表征技术,对催化剂载体TiO2晶相结构、催化剂热稳定性、活性物质V2O5、WO3和MoO3的含量进行研究,得到了适用于燃煤电厂的脱硝催化剂粉体的优化配方和制备工艺。在颗粒状催化剂配方的基础上,通过各种成型助剂,增孔剂,润滑剂,硅胶的加入以及干混、搅拌、成型、干燥和煅烧,得到具有一定形状和强度的蜂窝陶瓷催化剂,在自制催化剂活性平台上测试催化剂的活性,得到可以满足燃煤电厂的烟气脱硝SCR催化剂要求的蜂窝陶瓷的制备工艺和配方。
通过对颗粒状催化剂的研究,催化剂的煅烧温度为600℃,XRD结果表明,只有锐钛矿型的TiO2才具有较高的催化活性和温度窗口;温度对V2O5/TiO2催化剂活性影响较大,随着温度的升高NOx脱除率增加,基本上在360℃有最高的脱除率,并且有较宽的温度窗口。通过试验得到了最优化的试验配方为6%V2O5/TiO2(质量分数),该配方的催化剂在260℃~420℃范围内有很高的催化活性和温度窗口。在此温度窗口范围内平均脱硝效率可达90%以上,在360℃达到最大脱除率为97.5%。WO3作为一种助催化剂剂,它的加入是为了提高催化剂的热稳定性和选择性,由于试验条件有限,没有对加入WO3后催化剂的选择性进行研究,仅仅对加入WO3后催化剂的脱硝性能进行了研究,最后得到的优化配方为6%V2O5-40%WO3/TiO2,该配方的催化剂在320℃~420℃温度范围内,脱硝效率保持在84%~93%;MoO3也是一种催化助剂,由于国内对As2O3属于严格管制药品,所以无法对MoO3耐As中毒性能进行研究,只能对MoO3对催化剂脱硝活性的影响进行研究,最后得到的优化配方为6%V2O5-20%MoO3/TiO2,该配方的催化剂在320℃~420℃温度范围内,脱硝率保持在84%~94%之间。