钒钛基脱硝催化剂抗碱金属中毒机理研究

摘要

催化剂是SCR烟气脱硝技术的核心，也是影响整个SCR系统脱硝效果和经济性的主要因素。目前燃煤电厂使用的商业VWTi催化剂因受其活性温度限制，常被布置于高温高尘区，因此，不可避免会遭遇飞灰中的碱金属等物质而中毒失活。碱金属在烟尘中存在形式多样，纵观文献，对不同形态碱金属中毒的对比研究和抗碱金属中毒的研究较少。因此，研究不同形态的碱金属中毒机理，并开发出一种具有高效抗碱金属中毒性能的催化剂具有重要的实际意义。本文以商业VWTi催化剂为研究对象，研究不同形态碱金属的中毒规律和机理，在此基础上对VWTi催化剂进行改性，提升催化剂抗中毒性能，并分析其抗碱金属中毒机理。
　　本研究首先采用浸渍法负载不同量的KCl、K2O、NaCl和Na2O，研究其对VWTi脱硝效率和结构特性的影响规律。碱金属无论是以氧化物形式还是以氯盐形式存在于催化剂上，催化剂脱硝效率都随负载量增大而降低，并且，K的影响作用强于 Na，氯盐的影响作用强于氧化物，SO2对碱金属中毒具有明显的缓解作用。碱金属沉积在催化剂上会堵塞小孔，降低比表面积和孔容，不改变催化剂的孔结构性质和TiO2的结晶形态。其次总结了不同形态碱金属的中毒机理。碱金属会吸附在 Br?nsted酸位和Lewis酸性上，降低催化剂的表面总酸量。此外，催化剂表面V5+的比例增加，V的还原性和表面化学吸附氧的浓度被降低。碱金属氧化物的金属离子（K+或Na+）与V-OH结合形成V-O-K+（Na+）；而碱金属氯盐的金属离子K+(Na+)与V-OH形成V-O-K+(Na+)和HCl，生成的HCl与催化剂表面的四价钒(VO2)反应，生成具有五价钒的VO(OH)(Cl)2结构，使催化剂V5+的比例上升。最后研究了CeVWTi催化剂高效抗碱金属的中毒机理。铈掺杂能提升催化剂的脱硝效率、抗碱金属中毒能力，且铈的抗Na中毒能力强于抗K中毒能力。掺杂铈能与VOx形成抗碱金属影响V-O-Ce结构，还能增强中毒催化剂的表面酸性。Ce3+和Ce4+之间相互转换在表面羟基和O2作用下形成新Brnsted酸位Ce3+-NH4+结构，Ce3+-NH4+结构能演变成吸附态的-NH2，与气态的 NO反应。Ce3+的存在能增加表面化学吸附氧的量，Ce与V之间的电子转移形成一个氧化还原循环（V5++Ce3+? V4++Ce4+），降低了整个催化剂反应的能量需求，有利于NH3和NO的活化。

目录

1 绪 论

1.1研究背景

1.2 氮氧化物控制及SCR脱硝技术

1.3 SCR催化剂的类型

1.4钒系催化剂SCR反应机理

1.5 VWTi催化剂碱金属中毒及抗碱金属研究

1.6研究目的、意义及内容

2 实验部分

2.1 催化剂的制备

2.2 实验系统介绍

2.3 催化剂的表征

3 VWTi催化剂碱金属中毒机理研究

3.1 引言

3.2 VWTi催化剂碱金属中毒实验

3.3 催化剂的表征结果与讨论

3.4 碱金属对催化剂的作用机理分析

3.5 本章小结

4 CeVWTi催化剂抗碱金属中毒机理研究

4.1 引言

4.2 掺杂铈对VWTi催化剂的影响

4.3 CeVWTi催化剂抗碱金属中毒实验研究

4.4 铈掺杂对中毒VWTi催化剂表面酸量的影响

4.5 铈掺杂对中毒VWTi催化剂表面还原性的影响

4.6 碱金属对CeVWTi催化剂表面形态的影响

,4.7 CeVWTi催化剂抗碱金属氧化物中毒机理分析

4.8 本章小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利

C.作者在攻读硕士学位期间参加的主要科研项目