F及N-F摻雜V2O5-TiO2低溫脫硝催化劑的制備及性能研究.pdf

1、目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的脫硝技術(shù)是選擇性催化還原(SCR,Selective CatalyticReduction)法。傳統(tǒng)SCR技術(shù)中的催化劑由于受到高濃度粉塵和SO2的影響,壽命會大大縮短,低溫SCR技術(shù)(＜250℃)可以解決上述問題,從而得到了大量學(xué)者的關(guān)注。針對目前低溫SCR催化劑研究的局限性,提出了非金屬摻雜氧化釩/氧化鈦的思路來研制新型的低溫SCR脫硝催化劑,并深入研究其制備條件及性能。
　　 首先,利用固定床裝置對

2、F摻雜V2O5/TiO2催化劑進(jìn)行活性評價(jià),考察載體TiO2的制備方法、F摻雜方式、F摻雜量及煅燒溫度對催化活性的影響,對催化劑制各工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明,在NO濃度為0.05％、O2濃度為5%、NH3/NO=1.2、N2作為平衡氣體以及空速為15000h-1的實(shí)驗(yàn)條件下,采用溶膠凝膠法、500℃的煅燒條件制備載體TiO2,制備載體的過程中摻入F源,摻雜量為[F]/[Ti]摩爾比1.35×10-2,負(fù)載1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的活性組分釩后,在35

3、0℃的煅燒條件下制備得到的催化劑活性最佳。此催化劑在200℃～240℃時(shí)脫硝效率近90%,為無F催化劑脫硝效率的2倍。
　　 對催化劑進(jìn)行X射線衍射(XRD)、拉曼(Raman)、X射線光電子能譜(XPS)、NH3-TPD和H2-TPR等表征。結(jié)果表明,F摻雜抑制載體TiO2中金紅石相的產(chǎn)生,金紅石相不利于SCR活性的提高。F摻雜提高催化劑的酸性。F摻雜可以取代TiO2晶格中的O,產(chǎn)生晶格缺陷,促使TiO2中氧空位和超氧自由基(

4、O2-)的形成,從而提高催化劑的儲氧能力與氧化還原性能,這些優(yōu)勢均有利于SCR反應(yīng)的進(jìn)行。此外,利用電子順磁共振(EPR)光譜研究了O2-的產(chǎn)生及演變規(guī)律,結(jié)果指示,催化劑中的O2-主要是在煅燒階段產(chǎn)生的,其數(shù)量隨著煅燒溫度的升高而增多,隨著煅燒時(shí)間的增長而增多。
　　 其次,采用F摻雜催化劑的最佳制備條件,在其中進(jìn)一步引入N源,考察N摻雜量對SCR脫硝活性的影響。結(jié)果表明,在上述同等模擬煙氣情況下,N摻雜量為[N]/[Ti]摩

5、爾比1×10-2時(shí),催化劑的低溫SCR脫硝效率最高,接近94%,比單獨(dú)F摻雜的催化活性高出近3個(gè)百分點(diǎn)。通過紅外(FI-IR)和EPR等表征分析發(fā)現(xiàn),N-F共摻雜對催化劑表面氧空位濃度的提高有協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng),更進(jìn)一步提高了催化劑中O2-的數(shù)量,O2-氧化NO形成SCR反應(yīng)的活性中間物質(zhì),從而提高催化反應(yīng)速率。
　　 最后,研究O2濃度、空速、SO2濃度、H2O濃度等反應(yīng)條件對SCR脫硝活性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,O2濃度為5%,空速