基于催化过滤技术的废弃脱硝催化剂资源化利用实验研究

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近年来,日益严格的大气污染治理政策催生出巨大的脱硝市场。由于脱硝设备恶劣的工作环境和催化剂的自身寿命到限,导致了大量的废弃催化剂产生。对于不可再生的废弃催化剂,目前主流的湿法回收方式具有程序复杂、酸碱消耗大、易产生二次污染的缺点,导致其进一步的推广受阻。催化过滤技术近年来快速发展,本文提出了废弃催化剂资源再利用与催化过滤技术结合的方法,由过滤材料为由于过度磨损而丧失了机械强度的不可再生催化剂提供载体,制备了适用于不同温度区间的催化滤布和催化过滤陶瓷,结合快速SCR技术实现高效脱硝,达到废弃催化剂的资源化再利用和同步脱硝除尘的目的。本文首先以商用的废弃V2O5-WO3/Ti O2催化剂为研究对象,针对其失活原因采用了振荡水洗、硫洗和浸渍补充活性组分的方法进行废弃催化剂预处理。经过1wt.%V2O5浸渍,催化剂的标准SCR活性达到新鲜催化剂的90%以上,快速SCR活性则高于新鲜催化剂。空速影响实验中,350℃以下的反应活性随着空速的降低而增加,但高温区由于NH3氧化导致的活性下降现象随之加重。同时,研究了不同NO/NO2比例对预处理催化剂脱硝反应的NOx转化率影响,发现NO/NO2=1:1时(快速SCR反应)反应活性最佳。其次通过NH3-TPD、H2-TPR、FTIR、BET和XRD等多种手段对预处理前后的废弃催化剂进行表征,结果表明灰尘堵塞和碱金属和As中毒引起了催化剂的失活,预处理流程清除了灰尘与绝大多数碱金属,佐证了废弃催化剂预处理方法的有效性。本文随后通过浸渍法将预处理催化剂与滤布结合制备催化滤布。催化滤布在220~250℃时的快速SCR反应脱硝效率达到90%以上,涂膜催化滤布在230~250℃时的快速SCR反应脱硝效率仍达到93%,证明了涂覆PTFE微孔膜对催化滤布的脱硝活性影响较小。综合实验结果,选择负载1 wt.%V2O5浸渍量的预处理催化剂样品进行催化过滤器的后续研究。空速影响实验以及抗硫抗水性实验则对催化滤布的实际应用提供指导:250℃以下的催化滤布的脱硝活性随着反应空速的降低而增强;SO2和H2O对涂膜催化滤布的标准SCR反应活性影响较大,但对其快速SCR反应活性影响较小,因为NO2的存在加速了NH4HSO4的分解,也通过加速反应进行削弱了H2O的竞争性吸附影响,显示出优异的抗硫和抗水性能。最后,利用SEM和BET对其微观结构进行了表征研究,结合超声振荡和N2吹扫实验验证了预处理催化剂在催化过滤器上的负载的牢固性,同时进行了压降测试证明了涂膜催化滤布的压降处于合理范围内。本文同样通过浸渍法将预处理催化剂、粘结剂与过滤陶瓷结合制备催化过滤陶瓷。首先通过脱硝活性实验,选取10 wt.%甲基纤维素为最佳粘结剂,制备出的催化过滤陶瓷在300~350℃的快速SCR反应脱硝效率达到97%以上。随后进行了空速影响实验和抗硫抗水性实验以便为催化过滤陶瓷在实际工况下的运行提供参考:350℃以下的催化过滤陶瓷的催化活性随着空速的降低而增强,但高温下的NH3氧化随着空速的降低而加重,导致反应活性衰减加剧;SO2和H2O对催化过滤陶瓷的标准SCR反应活性的影响较明显,而催化过滤陶瓷在高温条件下的快速SCR反应活性更高,高温强化了NH4HSO4的热分解作用,显示出比低温条件下的催化滤布更高的抗硫与抗水性能。最后,利用SEM和BET等表征研究了催化过滤陶瓷的微观结构,同时通过超声振荡和N2吹扫实验证明了预处理催化剂在催化过滤器上的负载的牢固性。
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