復(fù)合型TiO-,2-基SCR脫除NOx催化劑的制備及性能研究.pdf

1、選擇性催化還原（SCR）技術(shù)是重要的煙氣脫硝技術(shù)，而催化劑是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了推進(jìn)SCR脫硝技術(shù)在我國的應(yīng)用，本研究以自制的蜂窩陶瓷和納米TiO2為載體，開發(fā)面向燃煤廠礦脫硝的TiO2基SCR催化劑，研究分為整體式蜂窩狀催化劑和納米顆粒狀復(fù)合催化劑兩個階段。
　　 本課題一方面主要研究了蜂窩陶瓷基整體式催化劑。實(shí)驗(yàn)以海綿模板法自制的多孔陶瓷作載體，Al2O3和TiO2作為擴(kuò)表層，Cu作為活性組分，制備整體式催化劑及催化活性

2、分析；試驗(yàn)以NH3為還原劑催化還原NOx，在自行設(shè)計的NOx催化還原裝置上，系統(tǒng)地考察研究了制備方法、Cu活性組分負(fù)載量、焙燒條件等因素對催化劑機(jī)械強(qiáng)度以及催化活性的影響，利用光學(xué)顯微照片和XRD等表征方法對催化劑的物相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。
　　 另一方面，由于顆粒狀催化劑的研究是成型性整體式催化劑開發(fā)的前提與基礎(chǔ)，為了提高整體式催化劑的活性，即主要研究了納米TiO2基顆粒狀復(fù)合催化劑。實(shí)驗(yàn)以預(yù)制的納米。TiO2作載體，然后分別負(fù)載

3、不同種類和含量的活性組分（如釩、鈰、鈷、鋯和錳等氧化物），從而制得Ce-V/TiO2和Co/Ce-V-Zr-TiO2納米顆粒狀催化劑。利用：BET、XRD和SEM等表征測試手段，氨氣作為還原劑，對NOx進(jìn)行選擇性催化實(shí)驗(yàn)，并研究了載體與催化劑的物相結(jié)構(gòu)以及其煅燒溫度、各活性組分的引入量對TiO2載體的晶型轉(zhuǎn)變以及催化性能的影響。
　　 通過以上兩方面的研究主要取得以下的成果：
　　 第一，蜂窩陶瓷基整體式催化劑的制備與研

4、究方面。以海綿模板法自制的多孔陶瓷載體的焙燒溫度為900℃時，其載體具有足夠的強(qiáng)度，而且孔隙豐富；其質(zhì)量達(dá)標(biāo)，效果優(yōu)于市售多孔陶瓷基體。活性組分負(fù)載工藝的研究得出：負(fù)載Al2O3和TiO2時，加入適量的甘油作為干燥抑制劑，可多次焙燒并降低單次負(fù)載量以防止涂層因干燥過快而爆裂，得到的活性涂層連續(xù)均勻而不易脫落，但不得過分增加其含量，甘油與膠體的體積比為100：4為宜。活性組分配方的研究得出：當(dāng)Al2O3和TiO2的負(fù)載量與多孔陶瓷載體質(zhì)量

5、比為13：100和3：100，焙燒溫度為450℃和500℃；制備出的TiO2/Al2O3/多孔陶瓷催化劑比表面積明顯增大，催化活性也相應(yīng)提高。
　　 物相分析表明，Cu/Al2O3/TiO2整體式催化劑在750℃焙燒后產(chǎn)生大量的催化活性物質(zhì)CuAl2O4尖晶石，對NOx的轉(zhuǎn)化率具有較大的提高。另外，Cu負(fù)載量過少活性不足，而過多則降低了催化劑的比表面積，使催化反應(yīng)接觸面減小，活性降低，即Cu的負(fù)載為10wt％時，Cu/TiO2/

6、Al2O3/多孔陶瓷整體式催化劑對NOx轉(zhuǎn)化率可達(dá)80％。
　　 通過對整體式催化劑機(jī)械性能測試，Cu/TiO2/Al2O3/多孔陶瓷整體式催化劑可抵抗8MPa的壓力，在強(qiáng)度上已達(dá)到實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)，且催化性能遠(yuǎn)優(yōu)于市場普通TiO2整體式催化劑，相對NOx的轉(zhuǎn)化率也同比增加了10％。
　　 第二，納米TiO2基顆粒狀復(fù)合催化劑的制備與研究方面。通過溶膠-凝膠法和浸漬法，成功制備出選擇性顆粒狀納米復(fù)合催化劑Ce-V/TiO2與Co

7、/Ce-V-Zr-TiO2，其粒度范圍為均為10～100nm。納米載體的制備研究方面，TiO2與Zr-TiO2載體的煅燒溫度分別為500℃和550℃時，制得具有大比表面積（可達(dá)73㎡/g、75㎡/g）和高活性的瑞鈦礦晶型納米二氧化鈦（50～300nm）載體，催化還原反應(yīng)的NOx的轉(zhuǎn)化率可達(dá)73.6％與82.5％。
　　 通過對Ce-V/TiO2催化劑的表征，物相中出現(xiàn)V3Ti6O17、CeVO4等復(fù)合氧化物晶型，是由于Ce4+半

8、徑大于Ti4+，Ce4+較難進(jìn)入TiO2晶格內(nèi)部，即沒有CexTiyOz相生成；V3Zi6O17是一種聚合物，其含量過高會阻礙催化反應(yīng)，而Ce的引入使得V3Ti6O17含量降低，有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。V活性組分的引入，催化劑的微觀形貌出現(xiàn)納米棒狀晶體，使其比表面積增大；Ce活性組分的引入，使催化劑顆粒進(jìn)一步細(xì)化，表面積愈加增大，催化活性得到大大的提高。當(dāng)催化反應(yīng)溫度為500℃時，納米5wt％Ce-10wt％V/TiO2催化劑對NOx的轉(zhuǎn)