V2O5-WO3-TiO2体系改性NH3-SCR催化剂的催化活性及水热定性研究

摘要

在节能减排政策的推动下，富氧条件下氮氧化物催化脱除研究工作正在兴起，其中氨选择性催化还原(NH3-SCR)技术是研究热点之一。V2O5/WO3-TiO2体系NH3-SCR催化剂具有高效的NOx催化转化率以及良好的抗硫中毒性能，但仍存在水热稳定性差以及高温下有可能的V2O5流失的问题。本文系统研究了V2O5-WO3-TiO2体系的催化活性以及抗水热老化能力，并采用CeO2、ZrO2组分进行改性研究，开发了具有宽温度窗口以及良好水热稳定性的SCR催化剂，为V2O5/WO3-TiO2体系NH3-SCR催化剂的推广提供了基础数据。
　　 采用湿法浸渍法制备不同V2O5含量的V2O5/WO3-TiO2催化剂，同时考察了催化剂的水热老化性能。结果表明，在750℃、12h的水热老化处理后，V2O5含量为1wt％的样品表现出相对较高的活性。V2O5含量的增加促使TiO2载体的烧结以及相变，并造成催化剂比表面积严重损失，致使样品水热老化后SCR活性显著下降。
　　 考察ZrO2对1％V2O5/WO3-TiO2催化剂性能的影响，并通过XRD、XPS、SEM、DRIFT等手段进行催化剂表征。结果表明，ZrO2提高了催化剂结构的稳定性，主要是由于表面ZrO2晶粒以及ZrxTi1-xO2固溶体的形成，抑制了TiO2晶粒的增长。ZrO2负载量为10wt％的老化样品在150℃-550℃范围内具有最高的NO转化率以及N2选择性。另一方面，ZrO2对于新鲜样品的低温活性存在抑制作用，这与ZrO2对催化剂表面Bronsted酸以及V=O活性位的抑制有关。
　　 研究了不同CeO2含量对1％V2O5-10％ZrO2/WO3-TiO2催化剂性能的影响，并通过XRD、XPS、H2-TPD以及DRIFT等手段进行催化剂表征。结果表明，CeO2改性提高了催化剂的低温NH3-SCR活性，这主要是由于表面Ce3+的存在，以及CeO2改性样品更强的氧化还原性能，促进了表面NOx的吸附以及与吸附态NH3的反应。然而，经水热老化后，表面活性CeO2物种开始团聚，造成CeO2改性老化样品的低温活性有所下降。另一方面，当CeO2、ZrO2负载量均为10wt％时，V2O5-CeO2-ZrO2/WO3-TiO2水热老化样品在NO2/NO=1以及5％H2O的情况下，在200℃-550℃的温度范围内具有85％以上的NOx转化率，以及98％以上的N2选择性。
　　 利用热重分析技术建立了研究催化剂中V与W组分流失的实验方法，结果表明，V2O5负载量的增加以及空气中H2O及O2的存在会加速表面物种的流失。