一种新型高比表面积TiO2载体在NH3选择性催化还原反应中对V2O5分散性的促进作用

刘欣 李俊华 李想 彭悦 王虎 江晓明 王兰武

引用本文: 刘欣,  李俊华,  李想,  彭悦,  王虎,  江晓明,  王兰武. 一种新型高比表面积TiO2载体在NH3选择性催化还原反应中对V2O5分散性的促进作用[J]. 催化学报, 2016, 37(6): 878-887. doi: 10.1016/S1872-2067(15)61041-5 shu
Citation:  Xin Liu,  Junhua Li,  Xiang Li,  Yue Peng,  Hu Wang,  Xiaoming Jiang,  Lanwu Wang. NH3 selective catalytic reduction of NO: A large surface TiO2 support and its promotion of V2O5 dispersion on the prepared catalyst[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(6): 878-887. doi: 10.1016/S1872-2067(15)61041-5 shu

一种新型高比表面积TiO2载体在NH3选择性催化还原反应中对V2O5分散性的促进作用

  • 基金项目:

    国家环境保护大气复合污染来源与控制重点实验室.

    国家自然科学基金(21325731, 21221004)

    国家高技术研究发展计划(863 计划, 2013AA065304)

摘要: 燃煤电厂及工业窑炉的氮氧化物减排是改善空气质量的关键. 现阶段选择性催化还原氮氧化物是最有效的技术途径, 核心是采用以 TiO2 为载体的钒基催化剂净化烟气. 催化剂的活性是决定烟气净化效率的重要因素. 近些年的研究主要集中在活性组分的替换上, 但是由于其成本高昂, 抗水抗硫性能较差, 在实际中使用的效果不佳. 本文从载体入手, 制备了新型 TiO2 载体, 并采用特殊制备手段研发了新型高比表面积钒钛体系催化剂. 通过对载体和催化剂的物化表征, 研究了高比表面积 TiO2 载体对于活性组分钒在表面分散的促进作用, 及分散性的提高对氧化性和酸性的影响. 所制新型 TiO2 载体比表面积达到 380.5 m2/g, 较商业化 TiO2 载体提高了 5 倍. 以此为载体, 采用超声浸渍法和分段烧结的热处理方式, 制备了钒负载量为 5 wt% 的新型钒钛催化剂. 结果发现, 高比表面载体显著提高了钒基催化剂比表面积为 117.7 m2/g, 比传统钒钛催化剂提高了 38%. 计算结果表明, 这种方式还提高了钒物种在载体表面的分散性. XRF 结果表明, 超声浸渍法和普通浸渍法均可将 5 wt% 的钒成功地负载到了载体上. 通过模拟实际烟气成分对催化剂的脱硝效果进行了测试, 结果表明, 所制催化剂具备更宽的温度窗口及更好的 N2 选择性, NOx 转化率在 200-450 ℃ 时能保持在 80% 以上, 比传统方法制备的催化剂温度窗口宽 100 ℃. 且 N2 选择性在 400 ℃ 以上时也明显更高. 对两种催化剂样品的抗水抗硫能力进行了考察, 发现在烟气中存在 H2O 或 SO2 时, 高比表面积催化剂样品相较传统方法制备的催化剂具有更高的活性. Raman 结果发现, 在传统商业载体上钒物种由于分散不充分, 更易在烧结过程中形成 V-O-V 物种, 从而降低了催化剂的氧化还原性. 而新型催化剂表面的 V-O-Ti 及 V=O 物种数量更多, 这些物种活性更高, 从而使得催化剂在低温下具有更高的 NOx 转化率. 采用 NH3-TPD, H2-TPR 和 XPS 技术研究了活性提高与催化剂结构的关系. 结果发现, 高比表面积载体通过对钒物种的分散作用, 在载体表面由于二氧化钛载体的孔结构和钒物种的高活性, 也使得该催化剂具有较高的酸量和氧化还原性. 本文为制备新型烟气脱硝催化剂提供了理论依据, 该技术方法具有较高的应用价值.

English

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  • 收稿日期:  2015-12-05
  • 修回日期:  2016-01-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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