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随着国民经济的快速发展,电力工业发展迅速,火电厂排放的烟气中含有大量氮氧化物(NOx),未经处理的氮氧化物直接排入大气中对我国环境造成了严重的危害。氮氧化物对大气环境造成的污染已经成为一个日益关注的全球性问题。氨法选择性催化还原(SCR)脱硝法是目前最有效的氮氧化物脱除技术之一,该方法在发达国家己得到较广泛应用,但国内尚未完全掌握其核心技术-催化剂的制备。本文旨在探索钒钛基催化剂的制备方法,制备具有良好低温活性的SCR催化剂。
本文通过粉末状催化剂的制备实验、催化剂的活性测试、优选催化剂的脱硝影响因素分析以及催化剂的表观-微观表征,结果表明:利用溶胶TiO2制备的催化剂脱硝活性最优。从对催化剂进行SEM-EDX分析来看,溶胶TiO2制备的催化剂相比前三种催化剂表面粒径分布较均匀,但仍然有少量结块。从催化剂样品的热重分析曲线可以看出:在200~600℃溶胶法制备的催化剂热重曲线相对平稳,溶胶法制备的催化剂的热稳定性明显优于其它制备方法制备的催化剂。EDX分析和BET分析溶胶浸渍法制备的催化剂分析结果都优于其他催化剂,溶胶状载体在吸附和加载均匀性方面存在明显优势,因此能够使被浸渍组分相对稳定的固定在溶胶的外表面。溶胶加载过程中活性物质V2O5和助催化剂WO3负载于溶胶TiO2表面,经过充分的反应形成稳定复合物质,增大了复合催化剂的比表面积。在自制的催化剂活性试验台上测试温度、O2含量、氨氮比、空速等因素对溶胶浸渍法制备的三元催化剂V2O5-WO3/TiO2脱硝活性的影响,在温度为360~380℃时溶胶制备催化剂活性最高,其他影响因素的最佳范围:含氧量为1%以上,氨氮比为1.0~1.2,空速为15000mL/(h·g)。
研究了对催化剂溶胶载体的超声波改性提高催化剂活性及催化剂中硫酸盐含量对催化活性的影响试验,并对改性后的催化剂进行表观-微观表征,结果表明:通过对TiO2溶胶载体进行超声波改性,在相同的温度范围催化剂的脱硝效率有明显提高,超声波处理使得溶胶载体变得蓬松、均匀,加载活性物质和催化助剂使得它们在催化剂表面形成较多V5+-OH脱硝活性物质,因此改性后的催化剂脱硝活性也更高。
在催化剂载体溶胶中加载硫酸盐质量分数为10%(占催化剂总体质量分数)时,催化剂脱硝效率最佳,而且超过了不含硫酸盐催化剂的脱硝效率,达到了96%以上。对含硫酸盐催化剂进行热稳定性分析,催化剂添加硫酸盐后样品在200~550℃之间催化剂的热稳定性较好。
利用化学反应动力学模拟软件Chemkin4.1,对催化脱硝的详细反应过程进行了动力学反应模拟,得到在催化剂作用下NO转化率随反应温度变化的模拟曲线。对催化脱硝的影响因素氧含量、氨氮比进行模拟比较,结果表明在氧、氨气量达到所需的摩尔组分量时,对催化脱硝反应有积极的影响。