TiO2负载Ce改性VPO催化剂的低温SCR脱硝性能研究

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NOx是造成我国光化学烟雾、雾霾、酸雨的主要大气污染物之一。目前,对NOx处理普遍采用的方法是选择性催化还原法(SCR)。燃煤烟气是NOx的一个主要污染源,一般采用商业化应用的V2O5-WO3/TiO2催化剂对其进行处理。受活性温度窗口(300400℃)的限制,燃煤烟气脱硝催化剂V2O5-WO3/TiO2往往直接布置在锅炉省煤器和空气预热器之间的高温、高尘段,催化剂容易因堵塞、中毒而失活。若能将燃煤烟气脱硝反应器布置在除尘浓度较低的除尘器之后,将会大大延长催化剂的使用寿命,降低脱硝运行成本,但催化剂的活性温度窗口需要有所降低。另外,工业烟气是除燃煤烟气之外的一个重要NOx污染源,工业烟气的温度往往较燃煤烟气温度低,V2O5-WO3/TiO2催化剂并不适用于工业烟气NOx的治理。因此,研究低温脱硝催化剂对于工业烟气NOx处理及延长燃煤烟气脱硝催化剂的使用寿命等方面都具有重要的理论意义和工程应用价值。本文针对低温SCR脱硝催化剂的活性易受烟气中SO2、水蒸汽的影响等问题,实验制备了二氧化钛负载Ce改性钒磷氧催化剂,并对其脱硝性能和结构特性展开了研究。(1)利用浸渍法制备了TiO2负载过渡金属元素M(M=Ce,Mo,Cr,Cu,Mn)改性VPO催化剂,并对其脱硝活性进行了考察,研究结果表明,TiO2负载Ce改性VPO催化剂的低温脱硝活性最好。然后在此基础上,通过改变P/V(摩尔比)、Ce/V(摩尔比)、焙烧温度、VPO-Ce负载量制备了VPO-Ce/TiO2催化剂,并结合活性测试考察了这些制备条件对催化剂脱硝活性的影响,实验结果表明,当P/V(摩尔比)为1:3、Ce/V(摩尔比)为1:4、焙烧温度为400℃、VPO-Ce负载量为10%时,10V(3)PO-Ce/TiO2催化剂的脱硝活性最好,NOx转化率在250℃下可达96.1%。另外,采用XRD、BET、SEM、H2-TPR、XPS、NH3-IR等表征手段对10V(3)PO-Ce/TiO2催化剂的理化性质进行了研究,表征分析结果显示,Ce的添加降低了催化剂的粒径和团聚作用,增强了活性组分的分散作用,促进了氧化还原对(Ce3+/Ce4+)的形成,提高了比表面积和吸附氧含量,从而增强了催化剂对NOx的处理效率。(2)实验研究了工艺参数(反应温度、反应空速、氨氮比、氧含量、进口NO浓度)对10V(3)PO-Ce/TiO2脱硝活性的影响,实验结果表明,NOx转化率随着反应温度的升高而增加,在300℃温度下的NOx转化率达到最大,为98.7%;反应空速越低,对NOx的处理效果越好;当NH3/NO比在0.71.2范围内变化时,NOx的转化效率基本保持不变;增加氧含量可以增强NOx的去除效果,但当O2含量高于6vol.%时,NOx的转化率几乎不受氧含量增加的影响;当NO浓度在200600ppm范围内变化时,NOx转化率维持在一个相对平稳的状态;此外,考察了SO2、H2O对10V(3)PO-Ce/TiO2催化剂催化还原NOx活性的影响,研究结果表明,当SO2浓度在200800ppm范围内,NOx转化率保持在95%以上,催化剂表现出较好的抗硫性能。当同时加入200ppm SO2和4vol.%H2O时,NOx的转化率在250℃下可达90%左右,与单独通SO2的测试结果相近,体现了催化剂较好的同时抗硫抗水性能。FT-IR测试结果显示,催化剂表面未观察到硫酸盐物种的特征峰。(3)对10V(3)PO-Ce/TiO2催化剂进行了反应动力学研究,考察了进口NO浓度、NH3浓度、氧含量及反应温度对其影响,结果表明,进口NO浓度、NH3浓度以及O2含量对应的反应级数分别为0.812、0.568和0.091;催化剂的反应活化能为30.67KJ/mol
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