Ce掺杂TiO2-V2O5-WO3催化剂在水泥窑脱硝中的应用

以经Ce掺杂后的TiO_2-V_2O_5-WO_3催化剂为材料,在新型干法水泥生产线窑尾布袋除尘器后进行了低温选择性催化还原(SCR)脱硝中试试验。结果表明,掺杂Ce降低了TiO_2-V_2O_5-WO_3催化剂的起活温度。当烟气流量为10 000m~3/h(空速约5 000h~(-1))、氨水流量为5L/h、烟气温度超过150℃时,脱硝效率可达50%以上。SCR脱硝系统中,5 000h~(-1)空速设计是可行的。Ce适宜作为TiO_2-V_2O_5-WO_3催化剂低温改性助剂。     

F掺杂改性及其制备方法优化对V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂低温SCR脱硝性能的影响

为提高SCR脱硝催化剂的低温脱硝性能,采用正交实验的方法制备了一系列氟(F)掺杂V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂,并对其进行活性分析,考察了不同氟元素来源(氟钛酸铵、氟化铵)、不同钒元素(V)前驱体(乙酰丙酮氧钒、偏钒酸铵)、钨元素(W)的不同添加方式(W做助剂、W既做载体又充当助剂)、不同载体制备方式(溶胶凝胶法、浸渍法)对催化剂脱硝性能的影响。结果表明,F掺杂改性显著增强了催化剂在200～350℃温度范围内的脱硝性能,其中以乙酰丙酮氧钒为V前驱体,以氟化铵为F源,W既充当载体又做助剂的方式制备出的F掺杂V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂具有最优的脱硝效果,其在空速为10 000 h-1的情况下,在200～350℃的温度反应区间,活性能稳定维持在98%以上。同时采用XPS、BET、TGA、SEM、XRD、Raman一系列表征手段对催化剂的理化性质进行了分析,表征结果表明F元素掺杂提高了活性组分在载体表面的分散度,同时促使了催化剂表面的电荷发生转移,增强了催化剂表面的氧化还原能力,促进了催化剂表面化学吸附氧的生成,增加了还原态V物种与还原态W物种的数量。     

Fe_2O_3/TiO_2/γ-Al_2O_3催化剂同时脱硫脱硝性能

以溶胶凝胶法制备的15%TiO_2/γ-Al_2O_3为载体,通过浸渍法制备12%Fe_2O_3/15%TiO_2/γ-A_l2O_3催化剂,采用XRD和TPR对催化剂结构和性质进行表征,并考察不同焙烧温度、焙烧时间和载体对催化剂脱硫脱硝性能的影响。结果显示,最佳焙烧条件为500℃下焙烧3 h,12%Fe_2O_3/15%TiO_2/γ-Al_2O_3催化剂达到的最高脱硝脱硫率分别为98.2%和95.4%。     

紧凑型SCR催化剂在船舶柴油机上的脱硝性能

为了减小SCR系统在船舶上的占用空间,在YC6A220C型高速船舶柴油机实验平台上进行了紧凑型蜂窝状V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂在高空速下的脱硝实验研究,研究了不同氨氮比、空速、温度和NO浓度对脱硝性能的影响。实验结果表明:在氨氮比为1、空速35 000 h-1、温度250~360℃、NO浓度约205×10~(-6)~600×10~(-6)时,催化剂对柴油机尾气的脱硝效率都在80%以上,满足Tier-III对高速船舶柴油机的NOx排放标准;在氨氮比为1、空速35 000 h~(-1)、温度360℃时,催化剂对NO浓度达到1 300×10~(-6)和1 900×10~(-6)的脱硝效率都在80%以上,达到Tier-III对中、低速柴油机的NOx排放标准。     

钒基催化剂降解氯苯的原位红外分析

V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂被广泛应用于脱硝,且由于V_2O_5抗氯中毒能力强,对于氯代挥发性有机物(CVOCs)的催化降解也具有较好效果。通过浸渍法制备了不同V_2O_5和WO_3含量的负载型催化剂,采用氯苯作为CVOCs的模型化合物,对催化剂进行了活性评价和原位红外实验研究,在分子层面明确V_2O_5和WO_3在氯苯催化氧化过程中的作用。结果表明:增加V_2O_5含量是提高催化剂活性和稳定性的关键;氯苯在不同活性组分上的降解途径类似,均为苯环逐渐氧化开环及后续中间产物的氧化过程;V_2O_5对氯苯具有较强的氧化能力,在100℃即可观察到大量中间产物,且随着温度的升高,中间产物可迅速被氧化分解。相对而言,WO_3的氧化性能很差,仅在温度达到300℃才可明显观察到中间产物,但V_2O_5和WO_3之间存在协同作用。以上分子层面的反应机制研究,有助于明确催化剂各组分的具体作用,进一步指导开发性能更好的钒基催化剂,用于CVOCs的催化氧化。     

负载型磷酸氧钒低温脱硝催化剂的制备及其抗硫抗水性能

针对目前低温脱硝催化剂抗硫抗水性较差的不足,以TiO_2为载体负载活性组分V_2O_5,利用磷酸调控表面酸性,制备了磷酸氧钒催化剂VPO/TiO_2,并实验研究了SO_2和水蒸气对其脱硝活性的影响。结果表明:控制P与V的摩尔比为1/5,活性组分(VPO)负载量为10%,焙烧温度为400℃时,催化剂脱硝性能最好,180～400℃温度范围内脱硝率高于98%;反应温度为200℃,烟气中SO_2体积分数为200×10~(-6)～800×10~(-6)和水蒸气体积分数为4%时,催化剂的活性无明显下降。添加磷酸能够促使催化剂表面生成VOPO_4、(VO)_2P_2O_7及V~(4+)/V~(5+)氧化还原电对,提高了催化剂的低温脱硝活性。磷酸可增强催化剂的表面酸性,减少了SO_2的表面吸附及其与活性组分的反应。另外,催化剂表面以介孔为主,可提高未被水分子占据的活性位点量,FT-IR图谱显示抗硫抗水测试后的VPO/TiO_2表面未发现有硫酸根生成,VPO/TiO_2表现出较强的抗SO_2和水蒸气毒化的性能。负载型磷酸氧钒催化剂具有较高的脱硝活性和较强的抗硫抗水性能。     

F和S共掺V_2O_5/TiO_2催化剂对NH_3-SCR活性的影响

在V_2O_5/TiO_2催化剂基础上进行非金属改性载体的研究。采用溶胶凝胶法、浸渍法制备了一种新的氟、硫共掺杂氧化钒/氧化钛催化剂,探讨了新型催化剂对低温SCR活性的影响。并通过比表面积测试(BET)、X射线衍射实验(XRD)、H2和NH3的化学吸附特性测试(H2-TPR、NH3-TPD)等技术对催化剂的理化性能进行表征。研究结果表明,氟、硫掺杂催化剂提高了低温SCR活性,拓宽了活性温度范围,在F与S摩尔比为x3时,获得了最佳的脱硝性能。     

Mo掺入CeO_2/Al_2O_3选择性催化还原NO动力学研究

采用共混法制备不同系列Mo掺入催化剂(CeMo_xO_y/Al_2O_3),研究了Mo掺入对CeO_2/Al_2O_3选择性催化还原NO活性的优化,考察了内外扩散对脱硝性能的影响,并计算得出反应活化能,从动力学角度考察了Mo掺入对脱硝活性反应速率的影响。结果表明,Al/Ce/Mo元素摩尔比为5∶1∶0.15,空速为7 200 h-1,煅烧温度为550℃时,催化剂在250~425℃内脱出NO_x效率均大于90%;催化剂平均粒径小于40目时,空速大于105h-1时,内外扩散的影响可以忽略不计,CeMo_xO_y/Al_2O_3催化反应为一级反应,其中NH_3和O_2反应级数近似为0级。Ce Mo0.15Oy/Al_2O_3活化能为36.57 k J·mol-1,Mo的添加有效的减小了催化剂的表观反应活化能,增加了反应速率,提高了催化活性。     

MoO_3/ZrO_2-TiO_2固体酸催化水解HCFC-2

实验从焙烧温度、使用寿命考察了MoO_3/ZrO_2-TiO_2催化剂催化水解HCFC-22的性能。实验同时考察了水解温度、水蒸气浓度等反应条件对HCFC-22降解率的影响。结果表明,500℃焙烧的MoO_3/ZrO_2-TiO_2固体酸催化剂在催化水解温度为330℃,水蒸气浓度为76.58%时对1.00 cm3·min-1的HCFC-22的降解率可达到96.21%,主要降解产物为CO、CO2、HF、HCl和少量CHF3。且该MoO_3/ZrO_2-TiO_2催化剂在连续反应60 h后HCFC-22的降解率仍保持在82.00%以上。XRD表征表明,MoO_3/ZrO_2-TiO_2催化剂的主要结构为四方晶相的Zr(MoO_4)_2掺杂锐钛型的TiO_2。     

焙烧温度对TiO_2催化剂催化燃烧性能的影响

以TiOSO_4·2H_2O为原料,采用沉淀法制备了TiO_2催化剂,考察焙烧温度对TiO_2催化剂催化燃烧二氯甲烷(DCM)性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、BET比表面积测试、扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光(XRF)等分析方法对TiO_2催化剂进行表征。结果表明:TiO_2催化剂的催化活性随着焙烧温度的变化而存在差异;适量硫酸根的存在有利于TiO_2催化剂催化活性的提高;TiO_2催化剂存在锐钛矿的衍射峰,随着焙烧温度升高,平均晶粒尺寸变大,结晶度变高,比表面积下降,表面颗粒尺寸变大,催化活性随之下降;450℃焙烧制得的TiO_2催化剂具有最高的催化活性,在292.2℃时对DCM的转化率达到90%以上,且HCl生成率和稳定性也较好。     

CuCoO_x/TiO_2催化氧化NO性能研究

采用浸渍法制备了CuCoOx/TiO2催化剂,考察了焙烧温度、反应温度、氧含量、NO浓度和空间速度对催化剂催化氧化NO性能的影响,并考察了催化剂的抗硫抗水性能.XRD、TPR和BET分析表明,350℃焙烧的催化剂具有Cu-Co2O4尖晶石结构,比表面积大,对N0的氧化效果好.在空速为5 000 h-1,NO进口浓度500 mg/m3,含氧量10%的条件下,反应温度300cc时N0转化率可达79.5%,250℃时N0转化率接近50%.该催化剂具有良好的单独抗SO2、抗H2O毒化性能,H2O和SO2同时存在时很快失活.该催化剂可用于不同时含H2O和SO2的含NO气体催化氧化后再吸收处理.     

以改性TiO_2-SnO_2为载体的SCR脱硝催化剂性能

研究以共沉淀法制备TiO_2-SnO_2复合载体,浸渍负载活性组分CeO_2制成SCR脱硝催化剂。以NH3为还原剂,在适当的模拟烟气的实验条件下,考察了不同载体催化剂在150~400℃内对脱硝性能的影响。实验结果表明,经过改性的TiO_2-SnO_2复合载体改性对催化剂的脱硝性能有较大的影响,SnO_2的加入大大提高了Ce/TiO_2的脱硝效率,并可以在一定程度上抵抗SO2带来的毒害和钝化作用。此外,利用BET、XRD和SEM等表征手段,研究载体改性对催化剂微观结构的影响。表征结果显示,SnO_2的掺杂可在一定程度上促进载体及催化剂比表面积的增加,复合载体TiO_2-SnO_2对于活性组分CeO_2有着更好的分散性,活性组分CeO_2以高度分散的形式存在或呈无定型状态存在于复合载体TiO_2-SnO_2的表面,未出现团聚的现象。     

Fe掺杂Mn-Ce/AC催化剂的制备及其低温脱硝

以活性炭为载体,采用浸渍法制备了一系列Fe掺杂Mn-Ce/AC催化剂,研究了Fe的添加量、焙烧温度对催化剂低温脱硝活性的影响;采用了XRD、SEM和N2吸附-脱附技术对催化剂进行了表征。结果表明,Fe的添加能有效提高Mn-Ce/AC的低温脱硝活性,当Fe的添加量为Fe/Mn(摩尔比)为0.1时,催化剂比表面积大,活性组分的分散程度较高,催化剂低温脱硝性能最优,添加量大于0.1时,更多的Fe沉积在载体表面,催化剂活性降低。焙烧温度影响负载氧化物的价态和晶体的分散度,在400℃温度下焙烧时,催化剂低温脱硝性能最佳,此时催化剂孔隙结构较优,活性组分的分散程度也较高。     

活性焦配方型吸附剂脱除模拟烟气中Hg~0

通过固定床实验系统进行模拟烟气脱除Hg~0的实验,研究了(V_2O_5-WO_3/TiO_2)SCR催化剂、活性焦、磁性载银沸石(MagZ-Ag~0)在不同温度下对模拟烟气中Hg~0的脱除效果,并对比研究了活性焦-磁性载银沸石配方型吸附剂及负载SCR催化剂配方型吸附剂对模拟烟气中Hg~0的脱除性能。结果表明,纯N_2气氛下,单一吸附剂随着温度升高,Hg~0的脱除效率降低,温度由25℃上升到200℃,最高脱除效率由60%下降到40%;质量配比为3∶1的负载SCR催化剂的配方型吸附剂对Hg~0的脱除效率最高,虽没有明显提高Hg~0的最高脱除效率,但其达到75%的穿透率的穿透时间比单一吸附剂时间更长,提高了Hg~0的脱除效率。     

氧化镁基催化剂及脱硝性能研究

为控制燃烧烟气中NOx的污染,对共混合方法制备的氧化镁基催化剂进行烟气直接催化分解法脱硝实验研究,分析模拟烟气脱硝塔内温度及床层高度及氧气浓度、NO浓度和空速对脱硝效率的影响.研究表明:氧化镁基催化剂可以采用直接催化分解法对烟气脱硝,脱硝率85%～95%,氧化镁基催化吸附剂组成为氧化镁、固化剂、添加剂;脱硝的床层高度4～5 cm,脱硝反应温度130～170℃,烟气空速2 500～3 000 h-1;研究推测出氧化镁基催化剂存在活性缺陷,并对脱硝机理进行了初步分析.     

Al_2O_3/β-40催化剂同时脱硫脱硝性能

以溶胶凝胶法制备的30Al_2O_3/β-40为载体,采用浸渍法制备出负载不同金属氧化物的催化剂。采用XRD、H_2-TPR、BET对催化剂结构和性质进行表征,以CO为还原剂考察催化剂的脱硫脱硝活性。结果显示12%Ni0/30%Al_2O_3/β-40脱硫脱硝活性最佳,500℃时NO、SO_2转化率均可达到90%以上。     

Fe/Ga2O3-Al2O3催化甲烷还原NO的性能

以甲烷为还原剂的选择性催化脱硝技术(SCR-CH_4)是一种很有潜力的新的脱硝方法,但催化剂的催化活性比较低。为了提高催化剂的活性以及抗水能力,可使用Fe对Al_2O_3负载的Ga_2O_3催化剂进行改性。采用共沉淀法,制备了xFe/Ga_2O_3-Al_2O_3催化剂,在固定床反应器中测试其选择性催化CH_4还原NO的性能。使用XRD、N_2吸附脱附、XPS、H_2-TPR、Py-IR等方法进行表征。结果表明:经过Fe改性后的催化剂提高了中高温的催化活性,提高了催化剂的N_2选择性,并改善了催化剂的抗水特性;5Fe/Ga_2O_3-Al_2O_3催化剂在500℃、富氧条件下,达到76%的NO转化率和100%的N_2选择性;在5%水蒸气条件下,5Fe/Ga_2O_3-Al_2O_3在500℃仍保持60%以上的NO转化率。N_2吸附脱附结果显示,引入Fe后,催化剂保持了原有比表面积,并且大大增加了催化剂孔径,可提高催化剂抗水能力。XPS与UV-vis显示,5Fe/Ga_2O_3-Al_2O_3具有高含量的游离态Fe~(3+),可提高催化剂的中高温活性。H2-TPR结果显示,Fe的引入提高了催化剂氧化还原能力,增强了原有Ga_2O_3-Al_2O_3中高温的还原活性。Py-FT-IR结果显示,催化剂表面同时存在Lewis酸和Br?nsted酸,铁的引入增加了催化剂表面的Lewis酸量。因此,Fe修饰Ga_2O_3-Al_2O_3是提高Ga_2O_3-Al_2O_3催化剂的SCR-CH_4脱硝性能的有效方法。     

γ-Al_2O_3负载Mn基催化剂低温催化臭氧氧化NO

利用等体积浸渍法制备γ-Al_2O_3负载Mn基催化剂,考察了掺杂元素种类,掺杂元素与Mn元素摩尔比以及煅烧温度对NO低温(100℃)催化氧化活性的影响,并对催化剂在有SO_2或H_2O的烟气中的稳定性进行了探究。结果表明,掺杂元素为Ce,Ce/Mn=0.4,煅烧温度为500℃条件下制备的催化剂NO催化活性最佳,在NO体积浓度为500×10~(-6),臭氧浓度为20.9 mg·L~(-1),n(O_3)/n(NO)=0.2,反应温度为100℃,模拟烟气总流量为1.0 L·min~(-1),模拟烟气相对湿度为4%的条件下,NO的转化率最高可达70%。此外,还对催化剂在不同条件下的稳定性和活性恢复情况进行了探究。实验最终实现了在低O_3浓度条件下达到较高NO转化率的目的,为烟气脱硝提供了一种具有应用潜力的新技术。     

Y_2O_3/AC催化剂的烟气同时脱硫脱硝性能

采用等体积浸渍法制备了一系列不同负载量的x%Y_2O_3/AC(x=2、4、6、8和10)同时脱硫脱硝催化剂,以CO为还原气,考察该催化剂同时脱硫脱硝催化活性。采用X射线衍射仪(XRD)、H2-程序升温还原(H2-TPR)、比表面积(BET)对催化剂进行了表征。在不同负载量的催化剂中,6%Y_2O_3/AC表现出较好脱硫脱硝效果,SO_2和NO的T90%分别约为365℃和367℃。经HNO_3预处理过的活性炭载体制备的催化剂脱硝效果明显改善,催化剂预硫化可以显著提高脱硫脱硝活性,在550℃硫化的催化剂效果最好,NO和SO_2的T90%分别约为368和362℃,在380℃时脱硫脱硝率均可达到95%以上。     

炭基磷钨酸催化剂的脱硝性能

以活性炭为载体,采用等体积浸渍法制备了负载型磷钨酸催化剂,并将其应用于NH3-SCR法低温脱硝。研究了磷钨酸(HPW)负载量和焙烧温度对脱硝性能的影响,通过BET、XRD和FT-IR等方法对催化剂进行了表征和机理研究。研究结果表明,HPW与载体活性炭之间存在着键合作用,且其在活性炭上存在的物相状态与负载量有关;研究焙烧温度时发现,负载在活性炭上的HPW随着焙烧温度的升高而逐渐发生分解;在NH3-SCR法脱硝反应中,催化剂的焙烧温度和HPW负载量对催化剂的脱硝性能有很大影响,通过XRD和FT-IR表征发现,活性炭上HPW晶相的出现和HPW的分解均不利于反应的进行。实验得到炭基HPW制备的最佳焙烧温度为400℃,负载量为30%,用于NH3-SCR法脱硝在反应温度为200℃时,NO转化率可达80.8%。