失效SCR催化剂中TiO2的回收及再利用技术研究

摘要

随着NH3-SCR催化技术成为电厂脱硝的主流技术，以V2O5-WO3/TiO2为主成分的SCR催化剂已得到广泛应用。但SCR催化剂存在使用失活后需定期更换的不足，若更换的催化剂无法继续再生恢复活性，则只能作为失效催化剂（危险固废）进行废弃处理。论文研究目的是采用最简单便捷的方法回收失效SCR催化剂中的TiO2，并重新作为载体制备新催化剂，达到废物再利用目的。
　　本文采用碱洗法对失效SCR催化剂中的TiO2进行回收，并考察了碱溶液浓度、反应温度及反应时间对回收TiO2的影响，发现当碱溶液浓度为30％，反应温度为100℃，反应时间为3h时，回收得到的TiO2纯度最高可达97％以上，与商业TiO2含量最接近。通过SEM、XRD、BET等表征发现:回收的TiO2比表面积达到了商业TiO2的要求;两种TiO2均为锐钛矿型，表面平整光滑，孔道分布均匀，晶粒度达到了工业的要求。
　　为了研究回收TiO2作为载体重新制备新催化剂的可行性，本文分别以回收TiO2和商业TiO2为载体制备了不同V负载量的V2O5-WO3/TiO2催化剂。活性测试表明:回收TiO2制备的新SCR催化剂与新鲜商业SCR催化剂活性窗口温度基本一致，在300℃～440℃温度窗口NOx转化率高达95％以上;采用SEM、XRF、BET和XRD对催化剂进行了表征。结果表明，适量V的加入，能形成起主要作用的活性中心，有利于提高催化剂的脱硝活性。其中V负载量为1wt％时，两种TiO2制备的催化剂均表现出最好的催化活性，在280℃～440℃之间NOx转化率可达到95％以上，与新鲜商业SCR催化剂曲线一致，并且两种TiO2制备的SCR催化剂晶相结构、元素含量及孔道分布差别较小。
　　本文采用回收TiO2和商业TiO2制备了负载量为10wt％，n(Ni)/n(V)=1∶1的燃烧催化剂，以二氯甲烷(DCM)催化燃烧反应考察了两种催化剂的催化活性。发现回收TiO2中残留的钨影响了催化剂催化燃烧二氯甲烷的活性，使其对二氯甲烷的转化率比商业TiO2制备的燃烧催化剂略低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景与意义

1．2 本文主要研究内容

第二章 文献综述

2．1 选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统

2．1．1 烟气治理工艺

2．1．2 SCR反应系统的布置方式

2．2 SCR催化剂研究现状

2．2．1 低温SCR催化剂

2．2．2 高温SCR催化剂

2．3 SCR催化剂失活研究

2．3．1 催化剂的中毒失活

2．3．2 催化剂的堵塞失活

2．3．3 催化剂的烧结和热失活

2．4 SCR催化剂再生研究

2．4．1 水洗再生法

2．4．2 酸、碱液处理再生法

2．4．3 SO2酸化热再生

2．4．4 热还原再生

2．5 催化剂回收研究

2．5．1 回收现状现状

2．5．2 回收方法研究

第三章 实验部分

3．1 仪器和药品

3．1．1 主要实验试剂

3．1．2 主要实验仪器设备

3．2 载体和催化剂的表征

3．2．1 BET表征

3．2．2 SEM表征

3．2．3 XRD表征

3．2．4 XRF表征

3．2．5 ICP表征

3．3 催化剂活性测试系统

3．3．1 活性测试装置

3．3．2 分析测试方法

第四章 失效SCR催化剂TiO2回收技术研究

4．1 新鲜和失效催化剂对比分析

4．1．1 表观形貌分析

4．1．2 元素含量分析

4．1．3 扫描电镜分析

4．2 不同处理条件对TiO2分离提纯的影响

4．2．1 不同碱溶液浓度对TiO2分离提纯的影响

4．2．2 不同反应温度对TiO2分离提纯的影响

4．2．3 不同反应时间对TiO2分离提纯的影响

4．2．4 反应机理分析

4．3 回收的载体TiO2与商业TiO2对比分析

4．3．1 载体的元素分析

4．3．2 载体的织构表征

4．3．3 载体的XRD表征

4．3．4 载体的SEM表征

4．3．5 载体的表观颜色

4．4 本章小结

第五章 回收的TiO2作为催化剂载体研究

5．1 作为SCR催化剂载体

5．1．1 新SCR催化剂的制备

5．1．2 SCR催化剂活性评价

5．1．3 SCR催化剂表征

5．2 作为燃烧催化剂载体

5．2．1 燃烧催化剂制备方法

5．2．2 燃烧催化剂表征

5．2．3 燃烧催化剂催化活性评价

5．4 本章小结

第六章 回收TiO2的经济效益和环境效益评估

6．1 经济效益

6．2 环境效益

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文