V2O5-WO3-TiO2体系改性NH3-SCR催化剂的催化活性及水热定性研究

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在节能减排政策的推动下,富氧条件下氮氧化物催化脱除研究工作正在兴起,其中氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术是研究热点之一。V2O5/WO3-TiO2体系NH3-SCR催化剂具有高效的NOx催化转化率以及良好的抗硫中毒性能,但仍存在水热稳定性差以及高温下有可能的V2O5流失的问题。本文系统研究了V2O5-WO3-TiO2体系的催化活性以及抗水热老化能力,并采用CeO2、ZrO2组分进行改性研究,开发了具有宽温度窗口以及良好水热稳定性的SCR催化剂,为V2O5/WO3-TiO2体系NH3-SCR催化剂的推广提供了基础数据。   采用湿法浸渍法制备不同V2O5含量的V2O5/WO3-TiO2催化剂,同时考察了催化剂的水热老化性能。结果表明,在750℃、12h的水热老化处理后,V2O5含量为1wt%的样品表现出相对较高的活性。V2O5含量的增加促使TiO2载体的烧结以及相变,并造成催化剂比表面积严重损失,致使样品水热老化后SCR活性显著下降。   考察ZrO2对1%V2O5/WO3-TiO2催化剂性能的影响,并通过XRD、XPS、SEM、DRIFT等手段进行催化剂表征。结果表明,ZrO2提高了催化剂结构的稳定性,主要是由于表面ZrO2晶粒以及ZrxTi1-xO2固溶体的形成,抑制了TiO2晶粒的增长。ZrO2负载量为10wt%的老化样品在150℃-550℃范围内具有最高的NO转化率以及N2选择性。另一方面,ZrO2对于新鲜样品的低温活性存在抑制作用,这与ZrO2对催化剂表面Bronsted酸以及V=O活性位的抑制有关。   研究了不同CeO2含量对1%V2O5-10%ZrO2/WO3-TiO2催化剂性能的影响,并通过XRD、XPS、H2-TPD以及DRIFT等手段进行催化剂表征。结果表明,CeO2改性提高了催化剂的低温NH3-SCR活性,这主要是由于表面Ce3+的存在,以及CeO2改性样品更强的氧化还原性能,促进了表面NOx的吸附以及与吸附态NH3的反应。然而,经水热老化后,表面活性CeO2物种开始团聚,造成CeO2改性老化样品的低温活性有所下降。另一方面,当CeO2、ZrO2负载量均为10wt%时,V2O5-CeO2-ZrO2/WO3-TiO2水热老化样品在NO2/NO=1以及5%H2O的情况下,在200℃-550℃的温度范围内具有85%以上的NOx转化率,以及98%以上的N2选择性。   利用热重分析技术建立了研究催化剂中V与W组分流失的实验方法,结果表明,V2O5负载量的增加以及空气中H2O及O2的存在会加速表面物种的流失。
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