低温V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂开发与应用分析

随着我国社会经济的发展,各类工业生产活动所产生的氮氧化物是威胁大气环境的主要污染物之一,极容易发生酸雨、臭氧层破坏以及光化学烟雾等严重的环境问题。然而在国内外对于选择性催化还原烟气脱硝技术的研究越来越成熟,低温开发逐渐受到重视,因此应用低温V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂,在一定程度上能够提高脱硝效率,降低污染程度。通过对低温V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂的制备开发以及应用展开分析,以期为相关研究活动提供参考和借鉴。

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%。

蜂窝状V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂脱硝性能研究

实验室制备了蜂窝状V2O5-WO3／TiO2的脱硝催化剂，通过BET、XRD、SEM等方法对微观结构进行表征。在自制SCR活性试验台上测试各种运行工况（温度、空速比等）和烟气组成（[NH3]／[NO]、水蒸气等）对催化剂的脱硝活性、选择性、SO，的氧化率和氨逃逸量的影响。研究结果表明，自制蜂窝状催化剂在空速比小于3500h^-1、NH3／NO在0．9-1．0、温度320-420℃范围内的NO脱除率较高、SO2氧化率和氨逃逸量较低，基本达到工业应用的要求；低含量（低于2％）水蒸气可以提高高温段NO脱除率，而高含量的水蒸气对催化剂NO脱除具有明显的抑制作用，但水蒸气的加入会使NO脱除温度范围拓宽；由于催化剂自身含有较多的硫酸盐，未观察到SO2对脱硝反应有促进作用。

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。

商业V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂SCR脱硝过程中PM_(2.5)的排放特性及影响因素研究

针对V2O5-WO3/Ti O2商用催化剂,采用电称低压冲击器(ELPI)、PM10/PM2.5采样器、X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜-能谱分析(FSEM-EDX)等对SCR烟气脱硝中形成的细颗粒粒径分布、形貌、元素及物相组成进行了测试分析,并研究了烟气组分及反应条件对SCR脱硝系统出口细颗粒物性的影响。结果表明,SCR脱硝过程中会形成不少亚微米级颗粒,主要成分为硫酸铵以及硫酸氢氨,晶型呈块状。细颗粒生成量随反应温度的升高和NH3/NO摩尔比的增加而增加,在脱硝效率较高时,颗粒物形成量也趋于增多;烟气中SO2、H2O和O2浓度的增加均会导致细颗粒物形成量的增加。导致细颗粒物产生的主要原因可归结于催化剂的活性组分对SO2的氧化以及SCR脱硝反应中NH3的逃逸。

燃煤烟气中砷对V_2O_5-WO_3/TiO_2 SCR脱硝催化剂性能的影响

通过将商业V_2O_5-WO_3/TiO_2脱硝催化剂暴露于含As_2O_3烟气中,制备了砷中毒催化剂,并运用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、NH3化学吸附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱等技术表征分析了砷对催化剂性能的影响,并提出了催化剂砷中毒机理。结果表明,砷对催化剂具有严重的毒害作用,As_2O_3会吸附在催化剂表面,并被催化剂氧化形成As_2O_5覆盖层,减小催化剂比表面积,减少催化剂V活性位,阻止催化剂对NH3的吸附,造成催化剂失活。

碱金属氧化物对V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂脱硝性能的影响

在V2O5-WO3/TiO2催化剂上负载碱金属氧化物(K2O,Na2O),通过BET,XRD和SEM等方法对微观结构进行表征,研究不同含量碱金属氧化物对催化剂脱硝活性、N2O生成率和SO2氧化率的影响.结果发现,较大含量的碱金属对催化剂微观结构有一定影响.碱金属氧化物与催化剂表面V物种的结合生成部分碱金属盐(如KVO3),改变了催化剂的表面结构,使催化剂中有效活性位的数量大大降低,从而导致催化剂活性降低.两种碱金属氧化物对催化剂的毒性顺序为K2O>Na2O.

砷对商业V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂脱硝性能的影响

以某燃煤电厂钒钛基选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂为研究对象,在实验室条件下模拟了该催化剂的As中毒,考察了不同浓度的As对催化剂活性的影响,结合H2-TPR、XPS、NH3吸附FT-IR实验分析As对催化剂性能的影响。结果表明催化剂As中毒后,其活性下降,并且As浓度越大,活性下降越明显;催化剂表面的W和Ti的化学形态不受As的影响,而V物种出现多样化;As对催化剂表面的酸性位有一定的影响,使其吸附NH3的Bronsted酸位减少,而对其酸强度和催化反应途径的影响并不显著。

气相沉积制备V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂及其脱硝性能的研究

以堇青石蜂窝陶瓷为基体,应用化学气相沉积技术(CVD)负载TiO2载体,浸渍V、W化合物溶液,制备出V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和X射线荧光光谱仪(XRF)等表征催化剂微观结构和成分,并利用自行研制的活性评价装置分析了催化剂的脱硝效率.结果表明:制备的催化剂比表面积为78.8m2/g,平均孔径为6.8 nm;锐钛型TiO2载体在堇青石基体上沉积均匀、排列紧密,V2O5在TiO2载体上无定形态单层分散,微量V2O5在微区长大成针状,宽度均小于100 nm;在350℃、空速为1000 h-1、nNH3/nNO摩尔比=1时,催化剂NO的脱除效率ηNO可达到98.3%.

多孔TiO_2为载体的V_2O_5-WO_3脱硝催化剂制备和表征

以硫酸氧钛为钛源,氨水为沉淀剂,制备得到大比表面积(60m2/g)的锐钛矿TiO2载体。TiO2载体具有多孔结构,孔径集中在5～12nm,孔体积达到0.24cm3/g。以多孔TiO2为载体,采用浸渍法制备不同V2O5负载量的V2O5-WO3催化剂,利用拉曼(Raman)光谱、X射线衍射(XRD)对催化剂进行表征,并研究了不同V2O5负载量催化剂的脱硝活性,以及NO浓度和NH3/NO摩尔比对催化剂活性的影响。结果表明,V2O5在TiO2表面高度分散,当V2O5负载量在3%(质量分数)以下时,载体表面钒物种为单体钒,表现出最好的脱硝活性,在280～450℃内NO转化率均能达到90%以上。该催化剂对不同进口NO浓度有较强的适应能力。采用该催化剂的脱硝工艺,NH3/NO摩尔比宜保持在0.8～1.0。

Ce掺杂TiO2-V2O5-WO3催化剂在水泥窑脱硝中的应用

以经Ce掺杂后的TiO2-V2O5-WO3催化剂为材料,在新型干法水泥生产线窑尾布袋除尘器后进行了低温选择性催化还原(SCR)脱硝中试试验。结果表明,掺杂Ce降低了TiO2-V2O5-WO3催化剂的起活温度。当烟气流量为10 000m^3/h(空速约5 000h^-1)、氨水流量为5L/h、烟气温度超过150℃时,脱硝效率可达50%以上。SCR脱硝系统中,5 000h^-1空速设计是可行的。Ce适宜作为TiO2-V2O5-WO3催化剂低温改性助剂。

NaCl与Hg^0对V_2O_5-WO_3/TiO_2SCR脱硝催化剂的协同作用研究

制备了纳米级V_2O_5-WO_3/TiO_2脱硝催化剂采用浸渍法模拟催化剂NaCl中毒,吸附法模拟单质汞Hg^0作用于催化剂,运用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积分析(BET)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)、傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)等技术表征分析了NaCl和Hg^0对催化剂性能的影响。同时,结合已有的研究分析,提出两者对催化剂的作用机理。实验结果表明,NaCl的添加会造成催化剂表面团聚黏结,催化剂比表面积减小,且NaCl负载量越大,对催化剂毒害作用越大。Na会中和催化剂的BrOnsted酸性位(V-OH),最终形成-V-O-Na及Cl-V-O-Na,造成催化剂失活。Hg^0对催化剂的表面形貌及物相组成没有影响,并主要通过吸附在催化剂的V活性位上使其脱硝性能有所减弱。当NaCl和Hg^0同时存在时,吸附的Hg会与NaCl中引入的Cl结合,形成HgCl、HgCl_2,并部分取代-Na,最终形成-V-O…Hg及-V-OHg-Cl。

SCR烟气脱硝催化剂V_2O_5-WO_3/TiO_2性能研究

通过浸渍法制备了V2O5-WO3/TiO2催化剂,考察催化剂在SCR反应中的脱硝性能.结果表明,WO3的引入扩宽了催化剂的反应窗口,随着WO3含量增加,脱硝率略有上升,特别是在高温阶段.当WO3含量为8%时,催化剂具有最佳效果,在250~400℃范围内,NO脱除率都能达到95%以上,450℃时,脱硝率仍能达到89.19%.此外,进一步考察了空速值、氧浓度、氨氮比、NO初始浓度等不同条件下对催化剂活性的影响.

V_2O_5-WO_3/TiO_2脱硝催化剂的制备及抗硫性能

以锐钛矿TiO_2和TiO_2(P25)为载体,采用浸渍法制备V_2O_5-WO_3/TiO_2和V_2O_5-WO_3/TiO_2(P25)催化剂。利用FESEM、EDS、XRD、TGA和激光拉曼对催化剂进行表征。以NH_3为还原剂,考察载体晶型、钒质量分数、SO_2和活性测试时间对SCR催化还原NO的性能影响。结果表明,锐钛矿TiO_2载体制备的催化剂更利于选择性催化还原反应的发生,并且钒质量分数为3%时,锐钛矿TiO_2载体制备的催化剂脱硝性能较好且抗硫性能表现良好。在空速为10 000 h^(-1),反应温度为300℃,存在0.08%SO_2的条件下,催化剂在48 h内也能保持94%的脱硝率。

关于商用SCR(V_2O_5-WO_3/TiO_2)催化剂的再生和回收研究概述

对失活脱硝催化剂进行再生和回收利用方法的研究现状进行总结,主要有酸洗再生、干法再生、改性再生、电泳再生、催化剂的钛白粉回收利用、V和W的回收利用、综合回收等方法,并对以上方法进行总结评价。

Cu、Mn、Ce改性V_2O_5-WO_3/TiO_2/堇青石催化剂Urea-SCR脱除NO

采用硅胶为黏结剂,在堇青石蜂窝陶瓷上以涂覆法依次负载Cu、Mn、Ce改性的纳米TiO2粉末、W改性的V2O5粉末得到复合催化剂,在120～550℃用尿素选择性催化还原(Urea-SCR)氮氧化物时显示良好活性。与商业催化剂V2O5-WO3/TiO2相比,添加Cu、Mn、Ce后,催化剂脱硝活性显著提高,活性温度窗口明显拓宽。结果表明,催化剂的高活性与催化剂表面适度的酸碱性、高比值的V4+/V5+以及良好的氧化还原性能和锐钛矿相的TiO2、丰富的表面裂纹的存在等因素有关。

Ce^(4+),Zr^(4+)共掺杂提高V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂脱硝性能及抗K中毒能力（英文）

近年来, NO_x的排放造成了严重的环境污染.氨选择性催化还原技术(NH3-SCR)是目前消除NO_x最有效的手段之一.V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂在300–400°C范围内表现出优异的脱硝性能,因此被广泛用于NH3-SCR反应.然而该催化剂抗碱(土)金属中毒性能较差,且碱(土)金属碱性越强对催化剂的毒害越大(即K> Na> Ca> Mg).已有研究显示,当K_2O质量分数达1%时,催化剂将完全失活,所以对传统的V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂进行改性以提高其抗K中毒性能具有十分重要的意义.最近, CeO_2由于具有优异的氧化还原性能和储/释氧能力,在NH3-SCR反应得到了广泛的关注.研究显示, CeO_2的改性可提高钒基催化剂脱硝活性及抗碱金属中毒性能,这主要是由于CeO_2的掺杂可以有效提高催化剂表面酸性及氧化还原能力. ZrO_2是一种酸碱两性氧化物,常被用作载体或者助剂.研究显示, ZrO_2的引入可以提高催化剂热稳定性,增大比表面积以及提高氧迁移能力.基于此,我们制备了一系列的V_2O_5-WO_3/TiO_2-ZrO_2, V_2O_5-WO_3/TiO_2-CeO_2以及V_2O_5-WO_3/TiO_2-CeO_2-ZrO_2催化剂,以期提高V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂脱硝性能及抗K中毒能力.研究发现, Ce^(4+), Zr^(4+)共掺杂可以有效提高V_2O_5-WO_3/TiO_2催化活性,拓宽反应温度窗口,增强抗K中毒能力.进一步借助X射线衍射、比表面积测定、氨气-程序升温脱附、氢气-程序升温还原和X射线光电子能谱等表征对催化剂进行全面分析.结果显示, Ce^(4+), Zr^(4+)共掺杂对V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂物理化学性质的影响与其脱硝性能及抗K中毒能力有着密不可分的关系.首先, Ce^(4+), Zr^(4+)可以掺杂进入TiO_2晶格,抑制TiO_2晶粒的生长,从而导致比表面积以及总孔体积的增加;比表面积的增加有利于活性物种的分散,而总孔体积的增加有利于反应物分子与催化剂充分接触.其次, Ce^(4+), Zr^(4+)共掺杂可以提高催化剂表面酸性和氧化还原性能,表面酸性的增加有利于催化剂吸附与活化反应物种NH_3,氧化还原性能的提高有利于NO氧化为NO_2,进而通过"快速NH3-SCR"反应提高催化剂活性;同时, Ce^(4+), Zr^(4+)共掺杂还可以有效降低K中毒对表面酸性和氧化还原性能的影响,这主要是由于Ce^(4+)可以与K原子结合形成Ce-O-K物种,而Zr^(4+)的引入可以增加Ce^(4+)的热稳定性,使得更多的Ce^(4+)与K结合,避免了K与活性钒物种结合形成V-O-K物种,使得活性V5+得到了有效的保护.原位红外实验揭示了V_2O_5-WO_3/TiO_2-CeO_2-ZrO_2催化反应遵循L-H机理,且K中毒并未改变其反应机理.最后,该催化剂在H_2O和SO_2存在的条件下仍具有最佳的脱硝性能,因而有望用于实际高K含量的燃煤烟气脱硝.

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。

商业V_2O_5-WO_3/TiO_2烟气SCR脱硝催化剂CaSO_4中毒机理研究

基于商业V_2O_5-WO_3/Ti O_2脱硝催化剂,设计了两种模拟Ca SO_4中毒的方法,通过比表面积测定(BET)、X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H_2-TPR)、扫描电子显微镜(SEM)、原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ DRIFTS)等表征技术并结合固定床脱硝性能测试平台,对中毒前后催化剂的微观结构、氧化还原能力及表面性质的变化与脱硝活性进行了对比研究,探索硫酸钙中毒机理。研究表明,Ca SO_4会堵塞催化剂孔径,孔径小于2.7 nm和孔径大于17.8 nm时Ca SO_4的影响更大,从而使催化剂的比表面积和孔体积变小;Ca SO_4中毒会导致Brnsted酸位数量和强度的降低,同时Lewis酸强度也会减弱,从而阻碍了NH_3的吸附,Ca SO_4引起催化剂氧化还原能力的降低。