V2O5/TiO2脱硝催化剂的改性及硫中毒机制研究

• 作 者: 许腾飞
• 出 处: 清华大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 氨法选择性催化还原 钒钨钛 硫酸钡 氧化锑 硫老化

氨法选择性催化还原（NH₃-SCR）是工业上最为常用的氮氧化物脱除技术,而脱硝催化剂是这一技术的核心。V₂O₅-WO₃/TiO₂是目前市场上最为广泛采用的商用催化剂,在300-450°C具有良好的催化活性和稳定性。但该材料也存在着抗硫性能弱、低温活性差和氧化钨添加剂昂贵等缺陷。对此,本研究通过对V₂O₅/TiO₂催化剂进行掺杂改性来改进以上问题,同时通过对材料结构、表面酸性和氧化还原性能等的表征研究了催化剂硫中毒机制。在催化剂改性研究方面,发现在中高温段,在V₂O₅/TiO₂中通过掺杂BaSO₄制备得到的V₂O₅-BaSO₄/TiO₂催化剂,其在350°C硫老化3 h后特别是高温段的活性要明显好于商用配方的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂。而且,利用廉价的BaSO₄取代WO₃可以有效降低催化剂成本。在中低温段,在V₂O₅/TiO₂中通过掺杂Sb₂O₃来改性,制备得到的V₂O₅-Sb₂O₃/TiO₂显示出了比商用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂更好的脱硝活性和抗硫中毒性能。以上得到的V₂O₅-BaSO₄/TiO₂和V₂O₅-Sb₂O₃/TiO₂都具有良好的商业化应用前景。在催化剂的抗硫老机理研究方面,发现在V₂O₅-BaSO₄/TiO₂中BaSO₄的加入有利于硫在硫老化过程中以易分解的硫酸盐形成存在催化剂表面,这种易分解的硫酸盐不仅可以提高催化剂的酸性,同时还可以保护活性位钒,使钒保持较好的氧化还原性能。在V₂O₅-Sb₂O₃/TiO₂中,Sb₂O₃的加入可以减少催化剂表面NH₄HSO₄的沉积,这种沉积是硫老化的催化剂低温活性下降的主要因素。这种催化剂表面NH₄HSO₄沉积量的减少,主要是Sb₂O₃改性减弱了催化剂对SO₂的氧化活性,并促进表面NH₄HSO₄和NO的反应能力。以上机理的研究对于未来设计高抗硫的钒基催化剂具有重要的参考意义。