蜂窝状钒钼钛脱硝催化剂的涂覆技术及性能研究

摘要

随着近年来燃煤烟气和机动车辆尾气中NOx的大量排放导致大气污染问题的日益突出，以及人们对环境保护意识的逐渐提高，使得以NH3作为还原剂选择催化还原(NH3-SCR)大气中的氮氧化物技术成为目前一个研究热点并得到广泛应用。蜂窝状整体挤出式V2O5-WO3/TiO2催化剂已成功应用于工业烟气脱硝领域，但催化剂用量大成本高。鉴于我国含砷的燃煤较多，需添加具有一定抗砷中毒效应的钼助剂，然而钼添加到V2O5/TiO2催化剂后会对催化剂整体机械强度造成一定程度的下降。堇青石蜂窝陶瓷机械强度高、热膨胀系数小，已经被广泛作为蜂窝状涂覆型催化剂的基体材料，此类催化剂目前多应用于机动车尾气处理，由于此类催化剂具有较大的孔密度，涂层负载量有限易脱落，因此尚未见工业大流量烟气处理应用的成功实例。
　　本课题创新的采用大孔径的堇青石作为基体材料，通过溶胶凝胶法制备高固低粘的纳米TiO2溶胶，采用浸凃法涂覆载体涂层和负载钒钼活性组分。同时借助超声处理、XRD、UV-visDRS、Raman及XPS等多种表征手段将催化剂制备工艺(包括涂覆次数和时间、干燥温度和时间、活性组分浸渍液浓度、活性组分浸渍方式和钒钼比)对载体涂层和活性组分负载量、涂层粘结强度、催化剂及组分结构形貌、氧化还原性能及催化活性等的影响进行了详细深入的分析。
　　①在涂覆及浸渍过程中，载体涂层及活性组分的吸附速率快，均约为0.5h就达到了吸附饱和，增加涂覆及浸渍次数，均可显著增大载体涂层及活性组分的整体负载量，但增量逐次递减。载体涂层及活性组分固化过程中，80℃的固载温度最宜，约1h负载量保持稳定；
　　②催化剂涂层均匀平整，呈多层覆盖，表层具有轻微开裂无掉皮，具有极强的粘结强度强。涂覆过程不影响催化剂涂层内部孔结构，其等温吸附脱附曲线呈IV类，具有介孔和少量大孔；
　　③钼的引入能够明显抑制钒氧物种晶体的晶粒生长，促使部分孤立态的钒进入了TiO2的晶格中，造成剩余电子结合能向高场移位，V2p结合能向低场位移。钼对钒也存在诱导效应，使V2p剩余电子的结合能向高场移位，Mo3d结合能向低场位移；
　　④分浸工艺中优先浸渍钼可以更大程度提高活性物种在催化剂表面分散，提高其氧化还原性能，使还原温度向低温偏移，增大钒氧物种的带隙宽度并提高催化剂高温段的催化活性。共浸方式浸渍钼较之于分浸，更能有效的抑制钒的结晶化，促使其与载体发生键合作用，钼以促进钒和载体键合为主，对晶态钒氧物种的掺杂作用要弱。所有样品均具有较强的抗硫性；
　　⑤浸渍液浓度增大提高了活性物种的结晶度，使其氧化性增大，降低了高温段催化剂的催化活性，但低温段催化活性相对增大。V2p、Mo3d和Ti2p的结合能均向低场移位，载体与活性物种之间的相互作用减弱；
　　⑥钼相对钒的比例增大，使晶态钒氧物种和锐钛型TiO2的晶粒生长受到抑制并出现展宽和蓝移，孤立态钒氧物种分散度增大以及钼氧化物结晶度提高但不明显，促进了钼对钒氧物种的分散作用，提高了催化活性，温度越高促进作用越明显。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 氮氧化物的控制技术

1.3 整体式催化剂简介

1.4 蜂窝状SCR脱硝催化剂制备

1.5 蜂窝状SCR脱硝催化剂存在问题

1.6本课题的研究目的与思路

2 内容及测试方法

2.1 实验仪器与化学试剂

2.2 催化剂制备

2.3 催化剂活性评价

2.4 催化剂的表征方法

3 堇青石蜂窝陶瓷整体涂覆式催化剂工艺研究

3.1 载体涂层涂覆工艺

3.2 活性组分负载工艺

3.3 催化剂形貌与结构

3.4 本章小结

4 堇青石蜂窝陶瓷整体涂覆式催化剂性能研究

4.1 活性组分浸渍方式对催化剂性能的影响

4.2 活性组分浸渍液浓度对催化剂性能的影响

4.3 钒钼比对催化剂性能的影响

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 本文结论

5.2 全文展望

致谢

参考文献

附录

A攻读硕士学位期间发表的学术论文

B.作者在攻读学位期间参与的科研项目