氧化钛的改性及柴油车尾气脱硝催化剂的研究

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随着中国经济的快速发展与城市化的快速推进,全国机动车保有量快速增长,而与此同时带来的问题是机动车尾气的污染。机动车尾气中氮氧化物(NOx)能够引起酸雨、光化学烟雾、温室效应及臭氧层的破坏。作为一种成熟、高效的柴油车尾气脱硝技术,选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)脱硝技术正日益得到推广与应用,其中采用V2O5-WO3/TiO2体系催化剂,尿素水为还原剂的NH3-SCR技术应用最为广泛。然而该体系催化剂仍存在高温热稳定性与低温活性不足等问题,且该催化剂要求TiO2为纳米级钛白粉。到目前为止,全球只有日本和欧洲的少数厂家可以生产具有良好成型性的高品质纳米级钛白粉。  因此立足技术的国产化,使用国产原料制备高品质易成型的纳米钛白粉,同时提高V2O5-WO3/TiO2体系催化剂的高温稳定性及低温活性具有极其重要的研究意义。  本研究以研发拥有自主知识产权的SCR催化剂为目标,以工业级偏钛酸为原料,采用改进的水热合成法,在较为温和的条件下制备出了纳米级TiO2粉体,考察煅烧温度对纳米钛白粉的晶粒、晶型、比表面积及热稳定性等的影响;同时,通过超声波振动实验以及热/水热振荡实验等初步考察了制得的钛白粉的成型性能。研究发现使用改进的水热合成法制备的氧化钛具有优异的高温稳定性,并具有一定的可成型性。  在改进的水热合成法制备氧化钛的基础上,我们通过WO3、SiO2等助剂的添加对其进行了改性修饰,考察了不同组分、煅烧温度对纳米钛白粉的晶粒、晶型、比表面积及热稳定性等的影响;同时,在钛白粉的制备过程中加入V2O5前驱体,用来制备SCR脱硝催化剂,考察其活性及老化时间、空速对活性的影响及SiO2的添加对其热稳定性的影响,并与商业催化剂进行了对比。经研究发现,添加硅能很好地抑制氧化钛从锐钛矿向金红石型的转变,提高其高温抗烧结性,而钨的掺杂对二氧化钛的热稳定性影响不大,且在一定程度上能够抑制硅的效果。而V2O5-WO3/TiO2催化剂中添加SiO2,在一定程度上能增加催化剂的活性及高温稳定性,但SiO2的添加量过多时,也会降低其催化活性,可能是SiO2在催化剂的表面,堵塞催化剂表面的孔道或覆盖活性中心,不利于反应气体的吸附,最终导致催化剂活性的降低。  基于前面的研究,将制备好的催化剂浆料进行了实验室级别的涂覆,对粉末催化剂与涂覆后的小蜂窝催化剂活性进行了对比,并考察了老化时间对其影响;接着在工厂将陶瓷蜂窝体表面进行了工业化涂覆,考察其催化活性及老化对其影响,并与商业蜂窝催化剂进行了对比;最后,将工业级涂覆的蜂窝样品送至第三方进行台架测试。测试表明,该方法制备的蜂窝催化剂,已经达到了国IV&V的排放要求,并与进口商用催化剂的催化性能相差不大。
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