V2O5-WO3-TiO2及其F摻雜催化劑的制備、脫硝特性與應(yīng)用研究.pdf

1、選擇性催化還原技術(shù)(SCR)是當今各國采取的最為有效的脫除氮氧化物的技術(shù)，作為該技術(shù)的核心，V2O5-WO3/TiO2催化劑在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛。
　　 本文在國內(nèi)外NH3-SCR脫硝過程及其催化劑研究的基礎(chǔ)上，開展了WO3促進V2O5-WO3/TiO2催化劑脫硝活性機制研究，并對該催化劑進行了F改性，系統(tǒng)地研究了F摻雜對提高V2O5-WO3/TiO2催化劑脫硝活性的過程機理，并對F摻雜催化劑開展了分子模擬及應(yīng)用研究。本文的研究

2、結(jié)果為設(shè)計新型寬活性溫度窗口的SCR催化劑提供了依據(jù)。
　　 首先，采用溶膠凝膠法制備了TiO2載體，再用過量浸漬法分別負載WO3和V2O5，制備了V2O5-WO3/TiO2催化劑。該催化劑脫硝活性評價結(jié)果表明，WO3拓寬了催化劑的活性溫度窗口，使催化劑的脫硝活性提高，當WO3含量達到6％時該趨勢明顯。結(jié)合XRD、XPS、PL以及EPR等表征技術(shù)，研究了WO3對催化劑結(jié)構(gòu)及表面特性的影響，發(fā)現(xiàn)WO3能夠與TiO2載體表面氧空位作

3、用，抑制了載體金紅石相的產(chǎn)生，使催化劑在高溫條件下穩(wěn)定性增強;WO3具有一定儲存和轉(zhuǎn)移電子的能力，促進了V2O5與載體TiO2的作用，使電子更易由載體向V2O5轉(zhuǎn)移，從而使催化劑表面還原態(tài)V2O5增多;催化劑表面的還原態(tài)V2O5是超氧自由基生成的活性位點，WO3的存在促進了催化劑表面超氧自由基數(shù)量的增多，從而使V2O5-WO3/TiO2催化劑脫硝活性提高。
　　 其次，以研制起活溫度較低，且在低V及低W條件下具有較高SCR脫硝活

4、性的V2O5-WO3/TiO2類催化劑為目的，從促進活性物種與載體相互作用進而提高催化劑表面超氧自由基數(shù)量的角度出發(fā)，提出了F摻雜催化劑的研究思路。采用溶膠凝膠法制備了F摻雜TiO2載體，并用過量浸漬法分別負載WO3和V2O5，制備了F摻雜V2O5-WO3/TiO2催化劑。該催化劑脫硝活性評價結(jié)果表明，F(xiàn)摻雜后催化劑在250℃以下脫硝活性明顯提高。結(jié)合XRD、XPS、PL以及EPR等表征、在線處理與離線表征分析以及瞬態(tài)反應(yīng)技術(shù)，研究了F

5、摻雜對催化劑結(jié)構(gòu)及表面特性的影響，發(fā)現(xiàn)F摻雜TiO2表面呈現(xiàn)較多的帶電氧空位;WO3與帶電氧空位作用后催化劑表面還原態(tài)WO3數(shù)量增加;還原態(tài)WO3與O2作用后，自身被氧化為WO3，O2得電子轉(zhuǎn)變?yōu)槌踝杂苫?同時，NH3在催化劑表面扮演著電子源的角色。F摻雜促進了催化劑對NO的氧化，在F摻雜量為摩爾比F/Ti為1.35％、3％WO3負載量、1％V2O5負載量、500 ppm NO+500 ppm NH3+5％ O2、空速為15000 h

6、-1的條件下，反應(yīng)濕度為240℃時，F(xiàn)摻雜V2O5-WO3/TiO2催化劑脫硝活性達到96.4％。
　　 再者，在探明的F摻雜V2O5-WO3/TiO2催化劑表面特性的基礎(chǔ)上，建立了該催化劑的分子簇模型。采用密度泛函方法計算了該催化劑表面結(jié)構(gòu)，根據(jù)計算的鍵長、Mulliken電荷以及結(jié)構(gòu)片段能量，進一步分析了F摻雜V2O5-WO3/TiO2催化劑結(jié)構(gòu)特性，發(fā)現(xiàn)F摻雜進入TiO2晶格中的位點為橋氧鍵處的O原子位;氧空位容易在橋氧鍵

7、處的O原子處產(chǎn)生，并且F摻雜的氧空位對O物種具有較高的活性;與WO3/TiO2相比，F(xiàn)摻雜WO3/TiO2表面在氧空位電子的作用下，W物種顯示了還原態(tài)特性，并且形成的空間結(jié)構(gòu)更容易使W物種從載體上獲得電子;與V2O5-WO3/TiO2相比，F(xiàn)摻雜V2O5-WO3/TiO2表面的W物種依然顯示了還原態(tài)特性，并且V物種的加入更加降低了W物種的價態(tài)，另外，F(xiàn)摻雜也降低了V物種的價態(tài)，在還原態(tài)W物種促進超氧自由基生成的基礎(chǔ)上，部分新生成的還原態(tài)

8、V也使催化劑超氧自由基數(shù)量進一步升高。
　　 在上述研究的基礎(chǔ)上，開展模塊式F摻雜V2O5-WO3/TiO2催化劑制備及應(yīng)用研究。在此過程中優(yōu)化了模塊式催化劑制備中所涉及的捏合、練泥、擠出等工藝，并重點研究干燥和煅燒技術(shù)，制備的75×75×800mm催化劑，軸向最大抗裂強度為1.75 MPa，徑向最大抗裂強度為0.6 MPa;固定床測試商業(yè)級原料制備的F摻雜催化劑評價結(jié)果與溶膠凝膠-過量浸漬法制備的催化劑評價結(jié)果具有相同的趨勢;