论文部分内容阅读
燃煤烟气中的氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染物,应在排放前得到有效控制。目前以NH3为还原剂的NOx选择催化还原(SCR)是烟气NOx脱除的最有效和应用最广的方法。本实验室的前期研究发现,以活性焦为载体担载V2O5(V2O5/AC)的催化剂在150-250℃温度范围内具有较高的脱硝活性,SO2对此催化剂不仅无毒化作用,而且有显著的促进作用,从而避免了工业SCR催化剂V2O5/TiO2在低温下易受SO2毒化而严重失活的困扰。但是当烟气中H2O和SO2共存时,V2O5/AC容易失活,主要是由于硫酸铵盐过量沉积于催化剂表面,堵塞了催化剂的孔道,因此需严格控制反应条件。
基于以上分析,本工作着力于研究和开发具有高活性和一定抗H2O和SO2毒化能力的低温SCR催化剂,并就催化剂的制备参数和反应条件与催化性能之间的内在关系进行系统研究。本论文分别研究了SO2和H2O对催化剂脱硝行为的影响本质,以及对催化反应机理进行初步的考察,旨在为催化剂性能的改进提供理论依据。通过实验现象和理论分析,本文的主要结论如下:
1.研究和开发了新型V2O5/ACF催化剂,该催化剂在120-180℃的低温范围内具有较高的SCR活性。更为重要的是,该催化剂具有良好的抗H2O和SO2毒化能力。在H2O和SO2共存下,0.5wt%V2O5/ACF催化剂经历50余小时的SCR反应过程中,未发现催化剂失活现象,NO转化率高于86%(空速为2000h-1)。
2.通过FT-IR表征,阐明了SO2对于低钒含量(<5wt%) V2O5/ACF催化剂具有促进作用的本质是:SO2的表面吸附形态为SO42-离子,SO42-离子的形成改善了催化剂的表面酸性,增加了NH3的吸附能力,进而提高了催化剂的SCR活性。
3.烟气中的H2O对V2O5/ACF催化剂低温脱硝具有抑制作用,这种抑制作用源于H2O的存在抑制催化剂上Brψnsted酸性位吸附的NH4+与NO反应,而不是抑制了NH3在催化剂表面的吸附。
4.对V2O5/ACF催化剂上的SCR反应机理进行了研究,发现NO在V2O5/ACF催化剂表面的吸附是不必要的,而NH3的吸附是必要的,即SCR反应主要发生于吸附的NH3和气相或弱吸附NO之间,遵循Eley-Rideal模型。