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NH3-SCR(NH3选择性催化还原)技术自上世纪80年代末从日本引进中国后,一直被认为是一种有效的烟气脱硝方法。然而对于催化剂脱硝机理的普适性,SO2和H20中毒的微观过程依然缺乏系统的研究。本文以TiO2-ZrO2为载体,WO3为助剂,V2O5为活性组分,利用BET、XRD、HRTEM、原位漫反射红外等表征手段,结合脱硝性能测试,研究WO3掺杂对V2O5/TiO2-ZrO2催化剂的表面特性、微观结构及脱硝活性的改性作用;同时,针对优选出的脱硝性能较好的催化剂进行脱硝机理和SO2、H2O中毒机理的研究,主要成果如下:以TiO2-ZrO2为载体,利用浸渍法分别负载WO3及V2O5,制备TiO2-ZrO2和(1%)V2O5-(x%)WO3/TiO2-ZrO2催化剂,催化剂的表征及脱硝性能测试显示:WO3的负载增强了Lewis酸的强度和孔隙结构的稳定性,当WO3的负载量为9%时,催化剂的脱硝效率最高,这是因为此负载量下催化剂的孔隙结构最稳定,表面-NH2活性物种最多,NH3的吸附量最大。利用原位漫反射傅立叶变换红外光谱仪,针对优选的脱硝性能较好的(1%)V2O5-(9%)WO3/TiO2-ZrO2催化剂,并与市售商业V2O5-WO3/TiO2催化剂进行脱硝机理的对比研究。结果显示:在NH3-SCR过程中,300℃条件下,NO和NO2在催化剂表面的吸附极弱(NO被氧化为NO2),且NO只能以NO2的形式吸附于催化剂表面,NH3(强吸附)和NO(极弱吸附)的吸附强度对比决定了催化剂的脱硝过程只能遵循ElEY-Ridel机理,O2在脱硝过程中起到了氧化NO及参与H20形成的作用。NH3-TPR及H2-TPR的对比结果显示:两种催化剂在300-40℃C之间只有H2的还原峰并没有NH3的还原峰,即脱硝过程中NH3并未被还原,而是以配位化合物的形式吸附于催化剂的表面,NH3的活化在于配体与中心原子电负性的不同,以上结论对于(1%)V2O5-(9%)WO3/TiO2-ZrO2及市售商业催化剂都是普适的。两种催化剂脱硝过程的不同点在于:商业催化剂除了具有Lewis酸中心以外还具有Br(?)nsted酸中心,这导致了脱硝反应路径的不同:对于(1%)V2O5-(9%)WO3/TiO2-ZrO2只存在着[NH2-NO-L酸位]反应路径,而商业催化剂同时存在着[NH4+-NO-B酸位]和[NH2-NO-L酸位]两种反应路径。两种催化剂的脱硝过程遵循的是同一反应机理下的不同反应路径。设计多种中毒反应工况的脱硝性能测试,并结合原位漫反射红外实验,研究了(1%)V2O5-(9%)WO3/TiO2-ZrO2催化剂对单一SO2和H2O以及H2O+SO2中毒机理。结果表明: (1)WO3的负载有助于抑制SO2和SO3的吸附。 (2)混合气中加入SO2时,NH3和SO2都可吸附在催化剂的表面,同NH3一样,SO2也具有一对孤对电子,也可以作为Lewis碱,无论SO2和NH3哪种气体先吸附在催化剂表面,另外一种气体都会和预先吸附在催化剂表面的气体产生竞争吸附,且两者的竞争吸附能力不相上下,但SO2和NO不存在竞争吸附。 (3)混合气中加入H2O时,气相中的NH3会优先和催化剂表面的H2O结合在一起,NH3→NH4+→NH3这种转化延缓了NH3的活化时间,导致了催化剂脱硝效率的降低。 (4)混合气中同时加入SO2和H20时,催化剂表面检测到NH4HSO4的生成(而烟气只有中SO2无H20时,则无NH4HSO4的生成),外加H20的存在对于NH4HSO4的形成至关重要。(5)催化剂的SO2、H2O、H2O+SO2中毒是一个缓慢的过程,短时间内催化剂的孔隙及晶相结构不会发生变化。