氨法选择性还原氮氧化物V2O5/TiO2-PILC催化剂的抗硫性能

臧思淼 张桂臻 邱文革 宋丽云 张然 何洪

引用本文: 臧思淼,  张桂臻,  邱文革,  宋丽云,  张然,  何洪. 氨法选择性还原氮氧化物V2O5/TiO2-PILC催化剂的抗硫性能[J]. 催化学报, 2016, 37(6): 888-897. doi: 10.1016/S1872-2067(15)61083-X shu
Citation:  Simiao Zang,  Guizhen Zhang,  Wenge Qiu,  Liyun Song,  Ran Zhang,  Hong He. Resistance to SO2 poisoning of V2O5/TiO2-PILC catalyst for the selective catalytic reduction of NO by NH3[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(6): 888-897. doi: 10.1016/S1872-2067(15)61083-X shu

氨法选择性还原氮氧化物V2O5/TiO2-PILC催化剂的抗硫性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21277009, 21577005).

摘要: 选择性催化还原 (SCR) 是目前去除氮氧化物最有效的方法之一. V2O5/TiO2 催化剂被广泛应用于氨法选择性还原氮氧化物 (NH3-SCR) 反应, 但该催化剂存在工作温度高 (300-400 oC)及 SO2 氧化率高引起设备腐蚀和管路堵塞等问题, 开发低温 SCR 催化剂具有重要意义. 过渡金属氧化物 (如 Fe2O3, MnOx 和 CuO 等) 催化剂用于低温SCR先后见诸文献报道, 但这些催化剂在 SO2 和 H2O 存在下易失活. 近年来柱撑黏土 (PILC) 引起科学家广泛关注, Yang 等首次将 V2O5/TiO2-PILC 催化剂应用于 NH3-SCR 反应, 发现其催化活性高于传统 V2O5/TiO2 催化剂. 柱撑黏土基催化剂在 NH3-SCR 反应中也显示出良好抗硫性能, 但 V2O5/TiO2-PILC 催化剂的抗硫机理至今尚未见深入研究. 因此我们制备了一系列 V2O5/TiO2-PILC 催化剂, 采用原位漫反射红外等方法详细研究了其抗硫性能较好的原因.
首先采用离子交换法制备出 TiO2-PILC 载体, 之后采用浸渍法制备了不同钒含量 (质量分数x/% = 0, 3, 4, 5) 的 xV2O5/TiO2-PILC 催化剂. 同时, 制备了传统 V2O5/TiO2 和 V2O5-MoO3/TiO2 催化剂作为对比. 活性评价结果显示, 4V/TiO2-PILC 催化剂具有最高的催化活性, 其催化性能与传统钒钛催化剂相当. 在 160 oC 时, NO 转化率可达 80% 以上. 同时, 4V/TiO2-PILC 催化剂还具有较宽的反应温度窗口, 在 260-500 oC 范围内, NO 转化率保持在 90% 以上. 向反应体系中加入 0.05% SO2 和 10% H2O 后, 在低温 (160 oC 以下) 时所有催化剂的反应活性都有一定提高, 可能是由于 SO2 的加入提高了催化剂的表面酸性. 继续升高温度, 4V/TiO2 和 4V6Mo/TiO2 催化剂活性均明显下降, 而 4V/TiO2-PILC 催化剂的活性则未出现明显下降. 原位漫反射红外光谱结果显示, SO2 在三种催化剂表面的吸附以表面硫酸盐或亚硫酸盐物种以及离子态 SO42-物种形式存在, 而在 4V/TiO2-PILC 催化剂表面离子态 SO42-物种的量最少. X射线光电子能谱及 O2程序升温脱附结果显示, 在 4V/TiO2-PILC 催化剂上, 表面吸附氧 (Oads) 的量最少. 综合上述分析可以得出, 在 SO2 气氛下, 离子态 SO42-物种在 SCR 催化剂表面的累积可能是导致其失活的主要原因, 而离子态 SO42-物种的形成可能与催化剂表面吸附氧的量有关.

English

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  • 收稿日期:  2016-01-29
  • 修回日期:  2016-03-05
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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