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随着我国经济的飞速发展,电力工业产生的NOx污染不断加剧,若大量的氮氧化物未经处理直接排放到大气中将会对我国的环境造成严重的危害,控制氮氧化物的排放已经成为环保行业的重点。
选择性催化还原(SCR)烟气脱硝是大气污染控制领域的主流技术,催化剂则是SCR技术的核心部分,目前国内尚未完全掌握该技术。为制备具有良好活性的SCR催化剂,本文对以下几个方面进行了研究:催化剂载体-纳米TiO2的制备;颗粒状催化剂组分配比及活性测试;优选催化剂的脱硝性能影响因素分析;优选催化剂动力学模型的建立。
催化剂载体-纳米TiO2的制备。以钛酸丁酯为原料,乙醇为溶剂,冰乙酸为螯合剂,在酸性条件下采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2,探索加水量、加醇量、pH值和温度等因素对溶胶凝胶的均匀性、稳定性及透明性的影响。由实验可知,各原料最佳摩尔比为:钛酸丁酯:乙醇:水:冰乙酸=1:10:4:1,控制反应温度为35℃,pH在4左右,并且配置滴加液缓慢滴加。将得到的凝胶在500℃下煅烧得到TiO2粉末,其比表面积为93.25m2/g,平均粒径为17.8nm。
颗粒状催化剂组分配比及活性测试。利用自制的纳米TiO2为载体,分别以V2O5和MnOx为活性物质制备了中温及低温颗粒状催化剂,同时添加WO3、MoO3、CeO2等助催化剂成分,对制备的催化剂进行性能测试。经过试验确定优选的中温催化剂组成配比为:1%V2O5-10%WO3/TiO2,在330℃~420℃时NO的脱除率大于93.8%;优选的低温催化剂组成配比为:10%MnOx-5%CeO2/TiO2,在150℃~240℃时NO转化率大于92.1%。这两种催化剂都具有脱硝效率高、温度窗口宽、选择性强等共同优点。
优选催化剂的影响因素分析。本文确定以10%MnOx-5%CeO2/TiO2为优选催化剂,并对其进行表征分析和活性测试。由SEM图可知:优选催化剂颗粒大小分散均匀,表面光滑:BET分析得比表面积为79.05m2/g。对影响优选颗粒状催化剂性能的因素进行研究,主要包括反应温度、空速比、氨氮比和氧浓度。经过活性测试获得各因素的最佳范围是:反应温度在210℃~240℃之间,质量空速比为22L/(h·g),氨氮比在1~1.2之间,氧浓度在2%~5%之间,在此范围内可得到理想的NO转化率。
优选催化剂动力学模型的建立。忽略内扩散和外扩散的影响,对优选颗粒状10%MnOx-5%CeO2/TiO2催化剂建立动力学模型,并进行动力学分析。计算得优选催化剂的活化能为25.21kJ/mol,活化能较小,活性较高。利用推导的模型对NO的转化率进行预测,得到的计算值与实验值吻合的较好,证明建立的模型较合理。