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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。为了推进SCR脱硝技术在我国的应用,本研究以蜂窝陶瓷为载体,开发面向燃煤电厂脱硝的V2O5-WO3/TiO2基整体式蜂窝状催化剂。
分别采用我国攀钢集团钛业有限公司和国外Millennium公司生产的工业级锐钛矿型TiO2粉体为原料,通过引入V2O5、WO3,经不同温度煅烧后得到钒掺杂或钨掺杂的TiO2粉体;通过引入活性成分及其它添加剂,制备出成型性能良好的整体式蜂窝状催化剂。利用XRD和SEM等测试手段,研究了煅烧温度、V2O5和WO3引入量对TiO2粉体晶型转变的影响,并研究了催化剂的成型工艺、干燥制度、以及化学组成对催化剂机械强度和催化活性的影响。
对掺杂TiO2粉体的研究结果表明:掺杂V2O5和WO3都能促进TiO2粉体从锐钛矿向金红石的晶型转变,降低转变温度。掺杂V2O5促进TiO2粉体晶型转变的原因是:V2O5的熔点较低,在煅烧过程中能生成液相,这些液相能促进TiO2粉体的晶型转变,加快金红石晶体的生长和发育。
掺杂WO3促进TiO2粉体从锐钛矿向金红石转变的原因是:W6+的离子半径(0.060nm)与Ti4+的离子半径(0.061nm)接近,WO3能进入TiO2晶格,W6+离子进入晶格置换了Ti4+离子,提高了晶格中氧空位浓度,进而促进TiO2的晶型转变;部分W6+也能够与TiO2发生氧化还原反应生成W5+和w4+,生成的低价W离子进入TiO2晶格促进其晶型转变。随着WO3含量的增加,Wn+进入晶格的量达到一定的极限后不再增加,WO3和TiO2发生氧化还原反应来提高氧空位浓度以促进TiO2的晶型转变。研究表明:掺杂WO3对TiO2晶型转变的促进作用不如掺杂V2O5的作用强。这是因为掺杂V2O5所形成的液相在较低温度下就能产生,而W离子进入TiO2晶格需要晶格具有一定的活化能,即使可以发生氧化还原反应,反应所需的活化能也是相当高的。
对成型工艺研究结果表明,以纳米TiO2粉体为主要原料制备蜂窝催化剂时,为了达到成型可塑性的要求,需外加添加剂。其比较理想配方是:6%甲基纤维素,5%皂化液,2%聚醚多元醇。制备出的蜂窝催化剂采用微波高火快速干燥5min后,再低火干燥15min,此干燥工艺较为理想,制品无开裂。添加硼酸、Si和Al溶胶等助催化剂能提高催化剂的机械强度,而且能够降低催化反应的起始温度,扩展催化剂的活性温度范围。