改性菱铁矿催化剂的SCR脱硝活性和抗硫抗水性研究

• 作 者: 陈鑫
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 菱铁矿 SCR脱硝 铈锆共掺杂改性 抗硫抗水性 催化剂

氮氧化物（NO_x）是主要的大气污染物之一,选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction,SCR）是脱除烟气中NO_x的有效方法,而催化剂是SCR脱硝技术的核心。V₂O₅/TiO₂系列催化剂是目前常见的商业SCR脱硝催化剂,虽然具有较高的催化活性,但其价格昂贵、活性温度窗口高,而且重金属钒有毒。因此,开发一种低温高效、价格低廉、无毒的新型SCR脱硝催化剂成为近年来烟气脱硝领域的研究热点。本文以菱铁矿为研究对象,采用混合搅拌法制备了Ce掺杂、Zr掺杂、Ce-Zr共掺杂改性的菱铁矿SCR脱硝催化剂,对其进行SCR脱硝活性实验及抗硫抗水性实验,研究Ce、Zr掺杂对催化剂SCR脱硝活性及抗硫抗水性的影响,结合XRF、BET、XRD、NH₃-TPD、TG等表征手段,探究改性前后催化剂的元素组成、表面结构、晶型结构和表面酸性等性质。取得主要研究成果如下:（1）Ce、Zr的掺杂能极大提高催化剂的低温SCR脱硝活性,其中Ce_0.03/Zr_0.03-菱铁矿催化剂具有最好的低温SCR脱硝活性,在180-330℃温度区间,催化剂SCR脱硝效率均在92%以上。结合BET、XRD及NH₃-TPD表征可知,Ce、Zr的掺杂能使催化剂的比表面积增大、结晶度降低、表面酸性增强,因此SCR脱硝性能更加优异。（2）空速、O₂浓度、氨氮比等参数对改性菱铁矿催化剂SCR脱硝性能有一定影响,改性菱铁矿催化剂的SCR脱硝效率随着空速的增大而降低,改性菱铁矿催化剂在SCR脱硝反应中的最佳O₂浓度为3%,最佳氨氮比为1。（3）Ce、Zr均为过渡元素,Ce、Zr的掺杂能抑制催化剂活性组分的硫酸化,降低硫酸铵盐的热稳定性,促进催化剂表面硫酸铵盐的分解;也可以增加载体的比表面积,提高催化剂表面的储氧性能,减缓H₂O对催化剂脱硝活性的抑制作用。因此,掺杂Ce、Zr元素后,菱铁矿催化剂具有更好的抗硫抗水性能。Ce_0.03/Zr_0.03-菱铁矿催化剂在含硫含水气氛中表现出良好的SCR脱硝活性,在210℃反应温度下,通入5%H₂O+100ppmSO₂8h后,催化剂仍有87%的SCR脱硝效率。（4）H₂O和SO₂浓度越高,改性菱铁矿催化剂表面硫酸铵盐的沉积速率就越快,SCR脱硝活性损失越明显。反应温度越高,越有利于硫酸铵盐的分解,H₂O越不容易吸附在催化剂表面,高温下改性菱铁矿催化剂具有更好的抗硫抗水性能。