MoO3改性V2O5/TiO2 SCR催化剂的低温脱硝研究

采用浸渍法制备了低温脱硝MoO3改性V2O5/TiO2催化剂。将催化剂置于固定床反应器中研究其SCR的脱硝性能、抗硫性能。实验模拟烟气条件为NO:500×10-6,NH3:500×10-6,O2:8%,SO2:100×10-6,N2:平衡气体,空速36000h-1。结果表明,浸渍法制备的催化剂具有良好的低温脱硝性能和低温抗硫性能。催化剂的最佳配比为3%V2O5-6%MoO3-91%TiO2(质量分数)。在180~260℃时,脱硝效率为80%~93%,SO2的氧化率小于1%。

V2O5负载量对V2O5／Al2O3氧化活化正庚烷催化裂解反应的影响

采用X射线衍射, 低温氮气吸脱附, 氨气程序升温脱附和吡啶吸附红外光谱分析方法对不同活性组分负载量V2O5/Al2O3的性质进行了表征. 根据表面VOx单元密度, 推测V2O5负载量为20%-25% (w)对应着V2O5/Al2O3表面达单层覆盖状态; V2O5的负载使Al2O3表面Lewis酸量减少, 并出现Br?nsted酸, 对应着氧化态VOx单元中的V―OH; 随着负载量的增加, Brφnsted酸量增加至负载量为20%时达到最大值. 对V2O5/Al2O3中活性组分负载量对其氧化活化正庚烷催化裂解反应的影响进行了考察. 结果表明, 在V2O5负载量为20%-25%时,V2O5/Al2O3的引入对正庚烷在HZSM-5平衡剂上催化裂解反应的促进作用最明显, 此时VOx单元在V2O5/Al2O3表面形成单层覆盖状态, 可提供最大量的表面晶格氧, 因而对正庚烷具有最强的氧化活化作用; V2O5负载量继续增加形成体相的V2O5和AlVO4, 不利于晶格氧参与正庚烷的转化, 因而反应性能有所下降.

柱状V2O5/AC中V2O5的分布特征对烟气脱硫活性的影响

采用过量浸渍(XS)、等体积浸渍(PV)和半等体积浸渍(HPV)方法,分别制得3种柱状V2O5/AC催化剂,并对其脱硫能力进行评价.结果表明:尽管这3种方法制取的催化剂总w(V2O5)相同(均为0.5%),但V2O5在柱状颗粒中的分布差异却很大;其中半等体积浸渍法制备的催化剂外层w(V2O5)最高,等体积浸渍法的w(V2O5)居中,过量浸渍法的w(V2O5)最低.脱硫前期,催化剂外层的w(V2O5)对脱硫活性的影响很大,外层w(V2O5)高的催化剂脱硫活性较高;脱硫后期,催化剂外层w(V2O5)对脱硫活性的影响变小,而内层w(V2O5)的影响变大,内层w(V2O5)高的催化剂脱硫活性较高.

K2O对V2O5-WO3／TiO2催化剂的中毒作用

实验室制备了V2O5-WO3/TiO2的脱硝催化剂,采用模拟中毒法,在此催化剂上负载碱金属氧化物K2O,通过BET,XRD,SEM等方法对微观结构进行表征.在SCR活性试验台上研究不同含量K2O对催化剂脱硝活性,N2O生成率和SO2氧化率的影响.结果发现:K2O对于催化剂的毒性较强,随着添加量的增大,NO脱除率急剧下降,SO2的氧化率大大提高;较大含量的K2O(nK/nV=1,摩尔比)使催化剂比表面积有所减少,催化剂颗粒发生轻微团聚,微观结构变化不大,但NO的脱除率小于50%(380℃),N2O的生成率和SO2的氧化率均增加;K2O通过与V2O5的活性酸性位结合,使催化剂中有效活性位数量大为降低,导致脱硝活性下降.

V2O5-WO3/TiO2烟气脱硝催化剂的载体选择

在选择性催化还原试验台上对4种不同TiO2为载体制备的催化剂的脱硝性能进行测试,采用BET、X射线衍射、傅里叶转换红外光谱、扫描电镜-能谱分析、X射线荧光分析和热重分析等技术进行微观表征,并与商业催化剂进行对比。以硫酸法制备的纳米级锐钛型TiO2适合作为选择性催化还原催化剂载体,制备的催化剂脱硝效率高,温度窗口宽,选择性好,其中硫酸盐质量分数为8%～10%时最为有利;以氯化法制备纳米TiO2过程中,生成了V3Ti6O17的聚合物导致NO脱除率较低,因此不适合作为催化剂载体。以工业级TiO2为载体制备的催化剂氨氮比为1.0时,在355～420℃的温度范围内NO脱除率为80%～85%,但由于成本很低,因此可以用于脱硝要求不高的场合。由钛酸丁酯溶胶法制备TiO2为载体制备的SCR催化剂性能不及硫酸法制备的纳米级锐钛型TiO2制备的催化剂,且操作复杂,技术难度大,不适宜推广。

V2O5-CeO2／TiO2催化剂上低温氨选择性催化还原NO的性能

考察了V2O5-CeO2/TiO2催化剂中V、Ce活性组分的担载量和焙烧温度对催化剂低温催化还原NO活性的影响及其在单独SO2、H2O和两者共存气氛下的抗毒化性能。结果表明,焙烧温度400℃下制备的5V30Ce/TiO2催化剂具有良好的低温催化还原NO活性,空速为10 000 h-1,165℃时NO转化率达99.2%;500℃以下低焙烧温度时,添加的Ce不与V相互作用,在催化剂表面主要以CeO2形式存在,有利于增大催化剂比表面积,增强V2O5在催化剂上的分散度,提高催化活性。而在500℃以上较高焙烧温度下,Ce与V会形成CeVO4,对活性提高不利。催化剂具有良好的低温抗水中毒性能,但受SO2毒化作用明显,其在SO2、H2O共存气氛下中毒程度较单独SO2下浅。

添加金属氧化物的V2O5/AC在烟气脱SO2及脱SO2后H2再生制备硫磺的活性研究

干法脱除烟气SO2的多种催化剂均可在H2气氛中再生,直接制备硫磺。该过程的实现不仅要求再生尾气循环,而且要求催化剂具有双重功能,即在脱硫过程中催化氧化SO2为H2SO4以及在再生过程中将催化还原释放出的SO2进一步转化为硫磺。添加有金属氧化物的V2O5/AC催化剂具备双重功能。着重考察了添加Ce、W、Fe、Co等氧化物的V2O5/AC催化剂烟气SO2脱除能力及脱除SO2后经H2再生制备硫磺的能力,并对添加Co的催化剂进行了优化。结果表明,在这类催化剂中,对烟气脱SO2起主要催化氧化作用的是V2O5,对H2再生硫磺制备起作用的是添加的金属氧化物。除Ce2O3外,WO3、Fe2O3和CoO都提高了再生中的硫磺收率,CoO的作用最为显著。较合适的催化剂组成是1%V2O5和0.5%CoO。这些金属氧化物在AC上的担载方法,对烟气脱SO2和H2再生结果的影响不明显。硫磺的生成需要CoO向CoS2的转变,再生后催化剂上残余有部分CoS2,且残余硫量还与V2O5量有关。

脱硫脱硝后V2O5/AC在含NH3气氛中的再生及硫资源化的耦合过程研究

V2O5/AC具有很好的烟气同时脱硫脱硝能力,脱硫过程包括其对烟气中SO2的吸附、吸附饱和后SO2从其上的脱附(再生)及脱附出SO2的资源化。考察了同时脱硫脱硝后的V2O5/AC在含NH3气氛中的再生和硫资源化的耦合过程。研究了NH3注入量、再生温度、再生时间和尾气循环流量对再生效率、硫回收率及二次脱硫脱硝活性的影响。结果表明,再生温度和再生时间主要影响SO2的脱附,因而影响再生效率和二次脱硫脱硝活性;NH3注入量不影响SO2的脱附,但明显影响硫回收率和二次脱硫脱硝活性;尾气循环模式是提高硫回收率的重要方法,但在研究的条件下循环流量对再生效率、硫回收率和二次脱硫脱硝活性的影响不大。

V2O5/石墨烯复合电极材料的制备与储锂性能

采用溶胶-凝胶法制备了V2O5/石墨烯复合电极材料。利用SEM、XRD、Raman和TGA表征了其微观结构。结果表明,该复合电极材料是含有质量分数0.55%石墨烯的片状正交相V2O5。电化学测试表明,与未复合石墨烯的纯V2O5样品相比,V2O5/石墨烯复合材料具有更高的储锂活性和优异的大电流放电性能。在200 mA/g的电流密度下,V2O5/石墨烯复合材料和纯V2O5样品的放电比容量分别为283和253 mA·h/g;当电流密度增加到5 A/g时,V2O5/石墨烯复合材料依然保持有150 mA·h/g的放电比容量,而纯V2O5样品的放电比容量仅为114 mA·h/g;V2O5/石墨烯和纯V2O5电极的电荷传递电阻分别为142和293Ω。V2O5/石墨烯//Li4Ti5O12全电池测试结果表明,在1.0-2.5 V电压内,循环初期全电池正极材料的放电比容量从110 mA·h/g衰减到96 mA·h/g,随后又出现上升,循环100次后,正极材料的放电比容量稳定在102 mA·h/g,库伦效率接近100%,表明V2O5/石墨烯复合电极材料是一种非常有应用前景的锂离子电池电极活性材料。

V2O5／ACF催化剂用于烟气低温脱硝的研究

采用等体积浸渍法制备V_2O_5/ACF,CuO/ACF和Fe_2O_3/ACF催化剂,在H_2O和SO_2存在下,三种催化剂选择性催化还原(SCR)NO_x的活性依次为V_2O_5/ACF>CuO/ACF>Fe_2O_3/ACF.对V_2O_5/ACF催化剂中V_2O_5担载量、反应温度和反应空速对脱硝活性的研究表明,当H_2O和SO_2存在时,V_2O_5的最佳负载量为0.5wt%,在反应温度为180℃,空速为2000 h^(-1)时,NO转化率可达84%,表明该催化剂具有良好的抗H_2O和SO_2毒化的能力.

WO3对于V2O5／TiO2脱硝催化剂的抗中毒作用

实验室制备了V2O5/TiO2以及添加了不同含量WO3的催化剂,并在催化剂上负载碱金属氧化物K2O模拟中毒。在SCR活性试验台上研究不同含量K2O对催化剂脱硝活性,N2O生成率和SO2的氧化率的影响。结果发现,K2O对于催化剂的毒性较强,随着添加量的增大,NO脱除率急剧下降,SO2的氧化率大大提高。K2O通过与V2O5的活性酸性位结合,使催化剂中有效活性位数量大为降低,导致脱硝活性下降。添加WO3后,K2O对催化剂的中毒作用明显减弱,源于WO3较强的Bronsted酸性对催化剂性能的促进作用。综合考虑认为在V2O5/TiO2催化剂上添加10%左右的WO3抗中毒性能较好。

V2O5-MoO3TiO2催化剂脱硝性能的研究

通过挤压成型法制备了一系列蜂窝状V2O5-MoO3/TiO2催化剂,研究了钒、钼负载量对催化剂脱硝活性的影响,测试了催化剂抗硫和抗碱金属钠中毒的性能。采用X射线衍射、N2吸附-脱附、扫描电子显微镜等表征手段,对新鲜催化剂和钠中毒催化剂的物理和化学性质进行分析。结果表明:当钒负载量(w)为1.5%~2.5%时,催化剂的脱硝性能随钒负载量的增加而提高;当钒负载量(w)为1.5%、钼负载量(w)为4.0%时,催化剂的脱硝性能最优;SO2对V2O5-MoO3/TiO2催化剂的中毒作用是可逆的,可以通过热处理来恢复;当Na2O负载量(w)为2.0%时,催化剂失活严重,主要是由于钠盐在催化剂表面附聚而形成不规则的白色颗粒,覆盖了活性位点,导致催化剂的表面积减小,氧化还原性变差。同时,Na掺杂会影响催化剂中元素的化学状态和表面组成,降低V5+与化学吸附的Oα的比例。

原位相分离合成V2O5/Fe2V4O13纳米复合材料及其储钠性能

钠具有资源丰富、成本低廉等优势,因此钠离子电池被认为是未来替代锂离子电池的最佳候选者之一。然而,寻找合适的电极材料是当前制备高性能钠离子电池面临的难题之一。在众多候选材料中,钒酸盐材料通过引入阳离子增加钒的配位数,使得材料结构的稳定性得到提高,从而改善了钠离子电池的电化学性能。本文研究了一种原位相分离法合成V2O5/Fe2V4O13纳米复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等对电极材料形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,V2O5/Fe2V4O13纳米复合材料相对于V2O5纳米线材料,结构更加稳定,在0.1 A·g^−1电流密度下,初始放电容量由295.4 mAh·g^−1提升到342 mAh·g^−1,循环100圈容量保持率由26.6%提高到65.8%,获得了更加优异的倍率性能(在1.0 A·g^−1电流密度下,容量由44 mAh·g^−1提高到160 mAh·g^−1)。因此,V2O5/Fe2V4O13纳米复合材料的研究为开拓新型高性能钠离子电池负极材料拓宽了思路。

过氧化法常压干燥制备的V2O5气凝胶的性能探究

以V2O5晶体粉末、H2O2(30%(质量分数))为原材料,采用溶胶-凝胶法,通过溶剂替换工艺在常压下成功地制备了纳米多孔结构的V2O5气凝胶材料。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、比表面积仪(BET)、粉末X射线衍射(XRD)、傅立叶红外分光光度计(FTIR)和拉曼光谱仪(Raman)等方法分别观察和测试了V2O5气凝胶材料的形貌、晶态结构及分子振动。SEM、TEM观察表明,常压干燥制备的V2O5气凝胶呈比较规则的具有层状结构的纤维网络状结构;XRD分析表明,由于结合水插入层间而使V2O5气凝胶的层间距有明显的增加;BET测试结果表明,常压干燥制备的V2O5气凝胶材料的平均孔径为16nm,最大孔径为78nm。

Sb掺杂的V2O5-P2O5系统封接玻璃的形成能力与热稳定性

采用差热(Differential Thermal Analysis,DTA)和X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)对xV2O5-(100-x)P2O5(摩尔比,70≤x≤90)和(80-x)V2O5-20P2O5-xSb2O3(摩尔比,1≤x≤10)系列玻璃试样进行了分析,并采用修正的Kissinger方程对玻璃的形成能力和热稳定性进行了表征,发现:V2O5-P2O5系封接玻璃在析晶温度处理后,晶相为V2O5,随着Sb2O3引入量的逐渐增大,玻璃转变温度(Glass Transition Temperature,Tg)变化较小(≤20.5K),而玻璃的稳定性因子|Tcs-Tg|(Tcs,Low Limit Crystallization Temperature)逐渐从72.0K增大到157.2K,析晶活化能由126.9KJ/mol逐渐增大到193.0KJ/mol,说明Sb2O3的引入能增大玻璃的形成能力与热稳定性。

甲醇乙醇催化合成异丁醛催化剂V2O5的失活研究

研究了在V2O5催化剂上,在常压、反应温度375℃,原料甲醇与乙醇摩尔比为3∶1,体积空速为2h-1条件下一步催化合成异丁醛。考察了催化剂的稳定性和催化剂失活的原因。实验结果表明,反应至330min后催化剂活性几乎不再变化,此时乙醇转化率在70%左右,而异丁醛的选择性仅为10%左右,催化剂几乎不再具有活性。表征测试结果表明,催化剂失活的原因是:反应过程中结焦;V2O5在反应过程中被还原为V2O3;V2O5在反应过程结构的变化导致酸量的增加。催化剂失活为可逆失活,高温烧炭再生能使失活催化剂恢复其催化活性。

V2O5碳热还原合成碳化钒粉末的反应过程

为了实现小批量连续化制备碳化钒粉末,以工业级V2O5和纳米炭黑为原料,利用碳热还原法,在常压下碳管炉中得到了V8C7。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM),分析了合成过程。结果表明:在较低的温度下,纳米炭黑将V2O5还原为VO2;随着合成温度的升高,还原为更低价的V2O3,但没有VO生成;接着发生碳化反应,生成VC1-x、V8C7,合成的各阶段相互重叠;在合成过程中,试样的显微组织因物相不同而有所不同,生成的钒氧化物为炭黑附着的颗粒状大团聚体,VC1-x粉末颗粒呈类球形,但大小不均匀;随着温度升高,合成的最终产物V8C7粉末颗粒呈球形或类球形,大小均匀,粒度为1μm左右;还原碳化过程中,产生的气体有CO、CO2。

V2O5/石墨复合材料的电容性能

溶胶凝胶法制备V2O5,采用球磨法将V2O5与石墨进行固相混合,经扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、循环伏安、交流阻抗等测试手段分析,得出石墨可改变V2O5电极的微结构和组成;由20%V2O5/C复合材料和石墨组成的非对称电化学电容器,以1 mol/L LiClO4(EC:DEC=1:1)有机溶液为电解液,比能量可达到18.3 W.h/kg,比纯V2O5提高56.8%,循环400次后复合材料的容量衰减为25.68%,比容量和循环性能较掺杂前得到显著提高。

V2O5/DBSA-PANI复合材料的制备及电容性能研究

制备了V2O5/DBSA-PANI复合材料,用XRD、IR及SEM对材料进行了表征。结果表明,复合材料为片状,V2O5和DBSA-PANI之间有化学键形成;材料的恒流充放电性能测试结果表明,当电流密度为0.2～0.8mA,电压范围为-0.2～0.8V(vs.SCE),电解液为1mol/LKNO3溶液时,所得材料具有良好的电容特性,复合材料的比电容比单独的V2O5明显提高,而循环性能比单独的DBSA-PANI好。电压范围为-0.2～0.8V(vs.SCE),以2～10mV/s扫描速率进行循环伏安测试,该复合材料均表现出良好的赝电容性能。

V2O5溶胶掺杂Li1.05Nb0.55Ti0.55O3微波介质陶瓷的烧结特性及介电性能

研究了V2O5溶胶含量对Li1.05Nb0.55Ti0.55O3陶瓷烧结特性及介电性能的影响.实验结果发现,V2O5溶胶与基质形成低熔点LiVO3界面相,促使Li1.05Nb0.55Ti0.55O3烧结温度从1 100℃降至900℃;XDR表明,LiVO3相在烧结后期固溶入M相晶格中.随V2O5添加量增加,致密化温度降低,介电常数εr减少,品质因子Qf降低,频率温度系数τf变化较小:掺加2%V2O5(质量分数,下同)溶胶的Li1.05Nb0.55Ti0.55O3陶瓷在900℃烧结2 h,其微波介电性能:εt=60.2,Qf=3 868 GHz,τf=35.7×10-6/℃.