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improvingthedenitrationperformanceandkpoisoningresistanceofthev2o5wo3tio2catalystbyce4andzr4codoping
Cao Jun1; Yao Xiaojiang2; Yang Fumo3; Chen Li2; Fu Min1; Tang Changjin4; Dong Lin4
2019
摘要近年来,NOx的排放造成了严重的环境污染.氨选择性催化还原技术(NH3-SCR)是目前消除NOx最有效的手段之一.V2O5-WO3/TiO2催化剂在300–400°C范围内表现出优异的脱硝性能,因此被广泛用于NH3-SCR反应.然而该催化剂抗碱(土)金属中毒性能较差,且碱(土)金属碱性越强对催化剂的毒害越大(即K>Na>Ca>Mg).已有研究显示,当K2O质量分数达1%时,催化剂将完全失活,所以对传统的V2O5-WO3/TiO2催化剂进行改性以提高其抗K中毒性能具有十分重要的意义.最近,CeO2由于具有优异的氧化还原性能和储/释氧能力,在NH3-SCR反应得到了广泛的关注.研究显示,CeO2的改性可提高钒基催化剂脱硝活性及抗碱金属中毒性能,这主要是由于CeO2的掺杂可以有效提高催化剂表面酸性及氧化还原能力.ZrO2是一种酸碱两性氧化物,常被用作载体或者助剂.研究显示,ZrO2的引入可以提高催化剂热稳定性,增大比表面积以及提高氧迁移能力.基于此,我们制备了一系列的V2O5-WO3/TiO2-ZrO2,V2O5-WO3/TiO2-CeO2以及V2O5-WO3/TiO2-CeO2-ZrO2催化剂,以期提高V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝性能及抗K中毒能力.研究发现,Ce^4+,Zr^4+共掺杂可以有效提高V2O5-WO3/TiO2催化活性,拓宽反应温度窗口,增强抗K中毒能力.进一步借助X射线衍射、比表面积测定、氨气-程序升温脱附、氢气-程序升温还原和X射线光电子能谱等表征对催化剂进行全面分析.结果显示,Ce4+,Zr4+共掺杂对V2O5-WO3/TiO2催化剂物理化学性质的影响与其脱硝性能及抗K中毒能力有着密不可分的关系.首先,Ce^4+,Zr^4+可以掺杂进入TiO2晶格,抑制TiO2晶粒的生长,从而导致比表面积以及总孔体积的增加;比表面积的增加有利于活性物种的分散,而总孔体积的增加有利于反应物分子与催化剂充分接触.其次,Ce^4+,Zr^4+共掺杂可以提高催化剂表面酸性和氧化还原性能,表面酸性的增加有利于催化剂吸附与活化反应物种NH3,氧化还原性能的提高有利于NO氧化为NO2,进而通过“快速NH3-SCR”反应提高催化剂活性;同时,Ce^4+,Zr^4+共掺杂还可以有效降低K中毒对表面酸性和氧化还原性能的影响,这主要是由于Ce4+可以与K原子结合形成Ce-O-K物种,而Zr4+的引入可以增加Ce^4+的热稳定性,使得更多的Ce^4+与K结合,避免了K与活性钒物种结合形成V-O-K物种,使得活性V^5+得到了有效的保护.原位红外实验揭示了V2O5-WO3/TiO2-CeO2-ZrO2催化反应遵循L-H机理,且K中毒并未改变其反应机理.最后,该催化剂在H2O和SO2存在的条件下仍具有最佳的脱硝性能,因而有望用于实际高K含量的燃煤烟气脱硝.
发表期刊催化学报
ISSN0253-9837
卷号040期号:001页码:95
语种英语