摘要：随着V2O5负载量的增加，催化剂低温脱硝性能先升高后降低，4% V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝活性最优，5%V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝活性较4% V2O5-WO3/TiO2催化剂略有下降。BET和XRD结果表明，催化剂比表面积的降低，未对脱硝性能产生明显影响，V2O5和WO3均匀分散在载体表面，且没有改变晶型结构。结合脱硝催化剂主要用于低温烟气条件的需求，选定4VWT为最优配方，用于开发陶瓷滤管涂覆型催化剂，实现非电行业尘硝一体化治理。
关键词：低温SCR；陶瓷滤管；涂覆
引言：
氮氧化物(NOx)作为光化学烟雾和雾霾的主要前驱物，是涉及环境问题最多的大气污染物。固定源NOx主流控制技术为选择性催化还原（SCR）。目前市场上应用最广泛的催化剂体系为V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2催化剂，V2O5是活性组分。随着《钢铁企业超低排放改造工作方案》和打赢蓝天保卫战三年行动计划等多项政策措施的实施，电力行业采用的中高温脱硝催化剂可以满足排放标准，而非电力工业锅（窑）炉由于其烟温较低，采用中高温脱硝技术有诸多限制，因此NOx治理的核心领域在钢铁、焦化、水泥等低温非电行业。基于非电行业烟气组分特征，结合陶瓷纤维滤管作为一种新型高温滤料，具有耐高温抗腐蚀、净化效率高、阻力适中、容易清灰再生、使用寿命长等特点，研发一种可涂覆于陶瓷纤维滤管的低温脱硝催化剂，以实现非电行业尘硝一体化治理。烟气出口温度一般为150-300℃左右，在前段烟道处定量喷入脱硫剂，混合均匀后进入脱硫反应塔，在反应塔内进行脱硫反应，反应后将烟温控制在230-240℃，经过喷氨系统，将15%-20%浓度的氨水喷入除尘脱硝一体化装置入口烟道，粒径较大的粉尘在重力作用下沉降，粒径小的粉尘沉积在滤管表面形成尘饼层，并在陶瓷管表面的尘饼层上进行二次脱硫，无尘硫气体通过滤料孔道与滤管壁内的催化剂层接触反应，NOx被高效净化，烟气最终通过引风机、烟囱达标排放。图1为涂覆脱硝催化剂前后的陶瓷纤维滤管。
1 实验部分
1）催化剂制备。本实验采用一步浸渍法制备V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂，催化剂制备步骤：定量量取去离子水装入250mL烧杯中，称取定量草酸溶于上述溶液中，加入定量偏钒酸铵和钨酸铵，使之溶解；将定量工业TiO2载体加入上述混合液中，搅拌2h，形成浸渍液。之后放入烘箱105℃烘干4h，放入马弗炉250℃焙烧1h、450℃焙烧3h，焙烧后的催化剂经冷却、碾磨、筛分至20-40目备用。将V2O5含量分别为1.0%、2.0%、3.0%、4.0%和5.0%的V2O5-WO3/TiO2催化剂分别记为1VWT、2VWT、3VWT、4VWT和5VWT。
2）催化剂性能测试及表征。催化剂NO转化率在固定床石英微型反应器( ＝16mm)中进行，催化剂用量3mL，烟气总量1500mL•min-1，空速（GHSV）为30000 h-1。烟气组成：NO浓度500 ppm、NH3浓度500ppm、O2浓度5%、N2为平衡气，测试温度为110℃-400℃，采用氮氧化物分析仪(High Level 42i，Thermal Electron Corporation)测试NOx进出口浓度并计算脱硝效率。BET由Micromeritics Gemini V比表面积空隙度分析仪测量，110℃预处理1h，吸附质为液氮，高纯N2为填充气。XRD由德国BRUKER公司D8 Advance型XRD衍射仪测试。Cu Kα (λ= 0.15406 nm)作辐射源，管电压为50kV，管电流为35mA，扫描区域2θ=10°-90°，扫描速率3.5°•min-1。
2 结果与讨论
1）VWT催化剂NO转化率。图2（1）对比不同钒含量VWT催化剂脱硝性能，随着V2O5负载量的增加，催化剂低温脱硝性能先升高，4% V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝活性最优，5% V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝活性较4% V2O5-WO3/TiO2催化剂略有下降，而360℃之后，催化剂活性随V2O5负载量的增加而呈现下降趋势。因此，综合考虑到催化剂主要用于低温烟气条件，选定4VWT为最优配方，开发陶瓷滤管涂覆型催化剂。之后对催化剂比表面积和晶型结构进行表征分析。
2）BET。从表1可知：随着活性组分V2O5负载量的增加，比表面积呈下降趋势，由1VWT的87.4m2/g逐渐降至5VWT催化剂的77.1m2/g，表明添加活性组分占据载体一定的表面积，且比表面积的降低，未对催化剂脱硝性能产生明显影响。
表1 VWT催化剂的比表面积
3）XRD分析。由图2（2）可知：4VWT催化剂在25.3°、37.8°、48.0°、53.8°、55.3°、62.7°、68.8°、70.4°和75.0°出现的特征衍射峰均归属于锐钛矿TiO2。样品负载V2O5和一定量WO3没有改变TiO2晶型结构，且因其分散均匀而未测出。
结论：
随着V2O5负载量的增加，催化剂低温脱硝性能先升高后降低，4% V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝活性最优，5%V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝活性较4% V2O5-WO3/TiO2催化剂略有下降。BET和XRD结果表明，催化剂比表面积的降低，未对其脱硝性能产生明显影响，V2O5和WO3均匀分散在载体表面，且没有改变其晶型结构。结合催化剂主要用于低温烟气条件，选定4VWT为最优配方，用于开发陶瓷滤管涂覆型催化剂，实现非电行业尘硝一体化治理。
参考文献
[1]王洪明，石磊，等.一种焦炉烟气尘硫硝一体化排放净化装置.发明专利.申请号:201810708013.2.
[2]梁全明，梁文俊，等.添加Cl离子对V2O5-WO3/TiO2催化剂低温NO转化率的影响[J].燃料化学学报，2018，46(11):1370-1376
论文作者:许建
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2019年2月下
论文发表时间:2019/7/19
标签：催化剂论文; 表面积论文; 低温论文; 烟气论文; 活性论文; 负载量论文; 定量论文; 《新材料.新装饰》2019年2月下论文;