典型陶瓷基体对催化滤芯中催化剂分散及脱硝活性的影响

具有脱硝除尘一体化功能的催化滤芯在小型燃烧烟气处理中具有广泛的应用前景。采用3种典型商用陶瓷滤芯,涂覆V₂O₅-WO₃-MoO₃/TiO₂脱硝催化剂,制备了具有脱硝除尘一体化功能的催化滤芯材料,考察了陶瓷滤芯的化学成分和孔径结构对NH₃-SCR脱硝性能的影响。XRD、XRF、SEM、压汞等分析测试结果表明：碱金属与碱土金属元素含量低且孔径分布均匀的纤维状结构陶瓷滤芯,促进了催化剂分散,提升了脱硝活性,且降低了压降。催化滤芯在220～380℃、过滤面速度1 m·min^-1、NH₃/NO=1条件下脱硝率大于90%;抗水蒸气（15%,体积分数）和SO₂中毒（3×10^-2%,体积分数）测试表明催化滤芯在260～450℃温区内依然保持脱硝率大于90%,可满足催化滤芯实际工业应用要求。     

钒钨钛/堇青石基烟气脱硝催化陶瓷滤芯的研制

在钒钨钛/堇青石基烟气脱硝催化陶瓷滤芯复合工艺和催化剂浆液配方优化的基础上,考察了浆液固含量、催化剂担载量与应用性能的关联性.结果表明,以堇青石陶瓷膜滤芯为载体,在固含量为10%(w)的偏钒酸铵、偏钨酸铵和偏钛酸的均匀浆液(质量比V2O5/TiO2=0.1,WO3/TiO2=0.08)中进行真空涂覆,经烘干、焙烧后可制成催化剂担载量为4.2%(w)的V2O5-WO3/TiO2基催化陶瓷滤芯.在标准工况过滤速度1cm/s、温度250~350℃及NH3/NO体积比为1的条件下,该催化陶瓷滤芯具有稳定的抗硫抗水中毒能力,其脱硝转化率大于95%,N2O排放值低于25′10-6(j),压降不超过650Pa,达到了脱硝除尘工业应用要求.     

新型脱硝催化剂的研制

采用等体积浸渍法制备以Cu和特种助剂为活性组分负载在特制 Ti-Al-O复合载体上的NH3选择性催化还原的新型脱硝催化剂,考察了在模拟硝酸尾气环境下该催化剂操作条件对其NH3-SCR活性的影响;探讨了H2 O对其活性的影响。结果表明,该催化剂具有很好的中温SCR活性,在空速10000 h-1、180～220℃、氨氮比0.8、O2体积分数5.5％、NO体积分数200×10-6条件下, NO转化率达99.5％。200℃下通水后,通水量为12.3％时,脱硝率降至14％;停止通水4 h后, N O转化率恢复至99.5％。     

Mn-Fe-Ce/Al_2O_3/堇青石催化剂低温NH_3-SCR脱硝性能研究

先采用溶胶凝胶法在堇青石蜂窝陶瓷载体上涂覆铝溶胶浆液,再通过浸渍法负载活性组分Mn和助剂,制备了NH3选择性催化还原NOx低温脱硝催化剂Mn-Fe-Ce/Al2O3/堇青石,实验结果显示:Ce和Fe的添加可以明显提高催化剂的低温脱硝活性,在体积空速4 000 h-1时和120℃条件下,NO转化率由86.3%提高到93.5%,并且在120~300℃范围内,NO的转化率均保持在93%以上。XRD、BET、NH3-TPD和H2-TPR结果表明:Fe和Ce改性后增加了催化剂的比表面积和孔体积、酸性位点、NH3的吸附能力和氧化能力,提高了催化剂的SCR活性。     

降低船舶NO_x排放的紧凑型SCR实验

采用浸渍法制备铬基催化剂,在10%Cr/TiO_2基础上研究锑负载量对催化剂催化氧化NO活性的影响。结果表明,350℃焙烧的10%Cr10%Sb/TiO_2催化剂具有最佳的NO催化氧化活性,在NO体积分数为0.07%、O2体积分数为5%,空速27 000 h-1条件下,260℃时NO氧化率可达到50%,满足紧凑型SCR条件。XPS表明新鲜催化剂表面铬主要以Cr3+形式存在,经NO催化氧化反应后出现Cr6+。此外考察SO_2对催化剂的影响发现,加入体积分数为0.03%的SO_2后,350℃时10%Cr10%Sb/TiO_2催化剂经15.6 h后效率由50%缓慢下降并稳定在17%,热再生后活性完全恢复。在NO催化氧化联合SCR实验中发现,当NO氧化率为46%时促成的紧凑型SCR在高空速下仍具有很高的脱硝率。空速为300 000 h-1、200℃时紧凑型SCR脱硝率达到90%,比标准SCR提高了39.5个百分点。可有效解决船舶SCR布设空间不足的问题。     

Mn-Fe-Ce/TiO2低温NH3选择性催化还原NO

采用浸渍法制备了MnO2-Fe2O3-CeO2/TiO2催化剂用于低温NH3选择性催化还原烟气中NO,考察了Mn, Fe, Ce含量及焙烧温度对NH3选择性催化还原NO的活性和抗水性能的影响. 在气体体积空速(GHSV)=24000 h-1, NH3/NO=0.8(j), 350℃煅烧和烟气含3%(j) O2的条件下,该系列催化剂的脱硝活性为MnO2-Fe2O3-CeO2/TiO2>MnO2- Fe2O3/TiO2>MnO2/TiO2,且在200℃时MnO2(10)-Fe2O3(5)-CeO2(5)/TiO2的脱硝率为95%. 对含10%(j)水蒸汽的烟气,MnO2(10)-Fe2O3(5)-CeO2(5)/TiO2的脱硝活性维持在87%;在10%(j)水蒸汽和100′10-6 SO2共存条件下,短时间内脱硝活性维持在55%.     

Mo/Mn-TiO_2催化剂的脱硝活性及抗SO_2性能

采用浸渍法制备了Mo/Mn-TiO_2催化剂并用于实验室固定床氨选择性催化还原NO过程(NH3-SCR),NO脱除实验结果表明,在160~440℃温度范围内,单独掺入Mn即可大幅提高催化脱硝活性,且在160~280℃温度范围内脱硝效率90%,使得脱硝活性温度窗口显著向低温偏移;继续掺入Mo后,脱硝效率在120~200℃温度范围内存在不同程度下降,但在240~440℃温度范围内则得到进一步改善;Mn-TiO_2催化剂脱硝活性随SO_2浓度的升高而降低,且在较低反应温度下SO_2中毒程度愈为明显;继续掺入Mo后其抗SO_2中毒性能得到较大提升,240℃反应温度、SO_2体积分数0.05%时脱硝效率仍保持90%以上。结合BET、EDX、H_2-TPR、XRD和XPS等现代分析技术对催化剂的孔隙结构、表面元素分布、反应活性及特征元素形态等进行了系统表征,阐明了Mo/Mn-TiO_2催化剂的脱硝及抗SO_2中毒机理。     

载体对V_2O_5-MoO_3/TiO_2催化剂表面性质及其选择性催化还原脱硝性能的影响

采用比表面积分别为101.86 m2·g-1(A)、86.37 m2·g-1(B)和7.78(C)m2·g-1(C)的TiO_2载体,通过分步浸渍法制备V2O5-Mo O3/TiO_2(A,B,C)选择性催化还原脱硝催化剂。在空速为10 000 h-1和氨氮体积比1.0条件下,以TiO_2(A)与TiO_2(B)为载体制备的催化剂脱硝活性在反应温度窗口(350~450)℃超过90%,且具有良好的高温抗硫中毒性能和相对较小的氨气氧化率。而以TiO_2(C)为载体制备的脱硝催化剂活性温度窗口窄,在350℃时获得的最高脱硝活性仅为73%,且对NH3的氧化作用较强。利用X射线衍射、低温N2吸附-脱附、紫外-可见漫反射光谱、H2程序升温还原和NH3程序升温脱附等对载体和催化剂进行表征。结果表明,活性组分V2O5在载体TiO_2(A)上分散性良好,主要以孤立态钒氧物种形式存在,因此,以TiO_2(A)为载体制备的催化剂比表面积、氧化还原性和表面酸性等性能更优。     

Fe2O3/AC催化剂的低温选择性催化还原脱硝性能

以活性焦(AC)为载体、Fe2O3为活性组分,采用等体积浸渍法制备Fe2O3/AC催化剂,研究了Fe含量对Fe2O3/AC催化剂低温脱硝性能的影响. 结果表明,当Fe负载量为6wt%时能获得比其它负载量更佳的NOx转化率,尤其在240℃时NOx转化率达93.9%,当分别有120?10?6(vol) SO2和3.5vol H2O存在时,脱硝率分别稳定在约86%和74%;催化剂孔径≤4 nm,随Fe负载量增加,孔径呈增大趋势;催化剂较稳定;Fe主要以γ-Fe2O3分散在催化剂表面,负载适量Fe2O3使表面吸附氧Oβ和Fe3+增多,为催化剂提供更多活性位,提高了Fe2O3/AC催化剂的低温选择性催化还原脱硝活性.     

V_2O_5/AC中温SCR催化剂的制备及其脱硝性能研究

以廉价的活性炭为载体,负载1%V2O5,制备出了中温V2O5/AC催化剂,其脱硝率在350~400℃可达60%以上。采用低温N2吸附法和傅里叶红外光谱法对催化剂进行了表征。结果表明,负载V2O5导致催化剂的比表面积降低,但是有利于SCR(选择性催化还原)反应的中孔增多,因而脱硝率较AC增大。H2SO4、HNO3、HCl酸化可以增大V2O5/AC的脱硝率,其中HNO3酸化效果最好,在350~400℃脱硝率可达75%以上,其原因是增大了表面的含氧官能团。     

纳米V_2O_5/AC催化剂脱除烟气中NO的研究

以质量分数20%硝酸改性后的柱状活性焦(AC)为载体,通过负载水热法合成的带状纳米V2O5,制备出了带状纳米V2O5/AC催化剂(SV/AC)。将SV/AC和传统浸渍法制备出的V2O5/AC催化剂进行脱硝催化性能测试比较,实验结果表明:在烟道温度为200℃,空速为6 000 L/(kg·h),体积分数φ(NO)=0.05%,φ(NH3)=0.05%,φ(O2)=5%,N2为平衡气体,V2O5负载量(质量分数)为1%的条件下,SV/AC的脱硝率可达45.36%,较AC,NAC,V2O5/AC分别提高了39.5%,23.07%,8.04%。SEM和EDS发现SV/AC催化剂的表面孔隙结构较V2O5/AC,NAC,AC更为发达,BET显示SV/AC的微孔率可达61.9%,较AC,NAC,V2O5/AC分别增加了39.6%,4.3%,14.0%。在实验条件相同的情况下,研究了添加Cu,Fe,Mo,Ce的金属氧化物对带状纳米V2O5/AC催化剂脱除NO性能的影响。实验结果表明:添加了Fe2O3后的带状纳米V2O5/AC催化剂的脱硝性能最佳,在Fe2O3和纳米V2O5的负载量均为1.0%时,催化剂的脱硝率达到最大值,为49.72%,比SV/AC提高了4.36%。     

微波热解制备γ-Fe2O3催化剂及其SCR脱硝性能

以 FeSO4·7H2O[Fe(NO3)3·9H2O]为铁源,采用新型微波热解法制备γ-Fe2O3[α-Fe2O3]催化剂样品,通过XRD、N2等温吸附-脱附、压汞法等实验手段对催化剂样品晶相、微观孔结构等进行表征;考察两种催化剂样品的 NH3-SCR 脱硝性能,通过归一化处理得到两种催化剂在不同温度下的本征脱硝反应速率,同时对比研究了γ-Fe2O3与钒系催化剂的脱硝活性;研究氨氮比、氧浓度等运行参数对γ-Fe2O3催化剂NH3-SCR脱硝性能的影响规律,并对其抗硫抗水性能进行考察。结果表明：采用新型微波热解法可得到纯度较高的γ-Fe2O3催化剂,其介孔分布合理且大孔数量丰富;同时γ-Fe2O3催化剂表现出优于α-Fe2O3催化剂的脱硝性能,400℃时最大 NOx转化率达到96%,300、325、350℃下单位面积脱硝速率达到α-Fe2O3催化剂的3倍左右;γ-Fe2O3催化剂具备优良的抗硫抗水性能,其最佳氨氮比为1、最佳氧体积分数为3.5%。     

热压烧结Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷的高温力学性能研究

为提高Al2O3陶瓷的高温力学性能,采用热压烧结工艺(烧结温度1 800℃,烧结压力20 MPa,保温1 h)制备了Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷(简称AZS),并研究了ZrB2含量对Al2O3基陶瓷高温抗折强度和抗热震性的影响。结果表明:1)在Al2O3基陶瓷中加入第二相ZrB2能有效改善材料的高温抗折强度和高温强度保持率,在1 000和1 200℃时,加入20%体积分数ZrB2的AZS陶瓷试样具有最高的高温抗折强度,而加入24%体积分数ZrB2的AZS陶瓷试样具有最高的高温强度保持率。2)AZS陶瓷的抗热震性能优于纯Al2O3陶瓷。经100℃温差急冷后,加入20%体积分数ZrB2的AZS陶瓷具有最高的残余强度,比纯Al2O3陶瓷提高了17.2%;经300和500℃温差急冷后,加入24%体积分数ZrB2的AZS陶瓷都具有最高的残余强度,比Al2O3陶瓷分别提高了35.3%和20.9%。     

Mn-Mg-O_x催化剂低温NH_3选择性催化还原NO的性能的研究

采用低温固相法制备了系列Mn-Mg-Ox催化剂,考察了催化剂的低温NH3选择性催化还原(NH3-SCR)NO的性能。结果表明,当Mn/Mg摩尔比为1,氨氮体积比为1,空速为30 000 h-1时,催化剂表现出优异的低温催化活性和抗硫性。在100~175℃温度范围内,无硫时,NO催化转化率能保持在99%以上;加入100μg/g SO2后,催化剂脱硝性能变化不大,仍可维持在95%以上。     

V2O5/AC催化剂吸附NH3及其选择性还原脱硝活性

在不同活性焦(Activated Coke, AC)载体上以等体积浸渍法负载V2O5,制备出一系列V2O5/AC催化剂. 通过NH3暂态响应实验和NH3穿透时间实验考察了在200℃下V2O5/AC的表面积、灰分、表面官能团和V2O5对NH3的吸附量及NO的选择性催化还原活性的影响. 结果表明,对于载体未经硝酸处理的催化剂,NH3的吸附位主要是V2O5(参与脱硝反应的NH3的吸附量与催化剂上V2O5负载量的比值为1:5),活性焦及其中的灰分对NH3的吸附量很小;硝酸处理在活性焦表面引入的含氧和含氮酸性官能团对参与脱硝反应的NH3的吸附量是V2O5上吸附量的1.3倍,这些官能团不影响V2O5对NH3的吸附;活性焦上吸附的NH3的脱硝活性很低,但可迁移至V2O5上参与脱硝.     

中小型燃煤烟气脱硝实验研究

介绍了选用NH3作还原剂,活性炭作催化剂,在低温(<200℃)和氧气存在的条件下,选择性催化还原(SCR)NOx的技术和反应机理,研究了氧气浓度、NOx入口浓度和烟气温度对脱NOx率的影响。实验表明:当氧气体积分数为6%、烟气温度为45℃时,采用直径为8mm～9mm的圆柱体活性炭,脱NOx率最高,达92%,选择性催化还原烟气脱硝技术适宜于中小型燃煤烟气的脱硝。     

TS-1分子筛光催化氧化降解氧化乐果

以TS-1分子筛为光催化剂,H2O2为氧化剂,紫外灯为光源,对农药氧化乐果进行光催化氧化降解研究。详细考察了催化剂添加质量浓度,H2O2添加体积分数和光照时间对氧化乐果降解率的影响。实验结果表明,TS-1分子筛催化剂对氧化乐果具有很好的催化降解活性。氧化乐果可以降解为CO2,NH3,SO42-,PO43-等。最佳反应条件:催化剂质量浓度5 g/L,H2O2体积分数30 mL/L,光照时间90 min,氧化乐果降解率高达96%。此反应为一级动力学反应。三次再生后,TS-1分子筛对氧化乐果的光催化活性没有明显降低。     

表面磷酸化CeO2选择性还原NO及其碱金属耐受性

以Ce(NO3)3·6H2O和(NH4)3PO4·3H2O为原料，采用浸渍法制备了磷酸化CeO2催化剂，并考察了磷酸化CeO2催化剂以NH3为还原剂选择性催化还原NO（NH3-SCR）的脱硝性能。运用XRD、N2吸脱附、XPS、NH3-TPD、原位红外对催化剂的理化性质进行表征。结果表明，磷酸化CeO2催化剂在250~500℃范围内NO的转化率达到了90%以上，且在碱金属和碱土金属中毒后，磷酸化CeO2催化剂在300~400℃范围内NO的转化率仍保持在80%以上。磷酸化CeO2催化性能的增强可归因于酸位点数量的增加，尤其是布朗斯台德酸位点数量的增加，同时提高Ce物种的还原性并产生更多的化学吸附氧。当碱金属沉积在催化剂上时，碱金属将被诱导迁移到磷酸化CeO2的表面与Ce—O—P碱捕获位点结合，从而阻止碱金属攻击Ce活性位点。     

低相对分子质量聚环氧氯丙烷的合成

以乙二醇或1,3-二氯-2-丙醇为起始剂,1,2-二氯乙烷为溶剂,分别以三氟化硼乙醚络合物(Et2O·BF3)、无水四氯化锡(SnCl4)/三氟乙酸(CF3COOH)共催化体系为催化剂,进行环氧氯丙烷阳离子开环聚合,合成了相对分子质量在600~1100之间、分布窄的端羟基聚环氧氯丙烷(PECH),探讨了起始剂和催化剂的类型、用量对合成反应的影响。结果表明,以1,3-二氯-2-丙醇为起始剂,以1,2-二氯乙烷为溶剂且体积分数约为44%,摩尔分数为0·1%的Et2O·BF3作催化剂,在0℃下反应3h,PECH收率大于90%。     

负载型铜铁催化剂直接催化分解N_2O的研究

利用等体积浸渍法制备了不同组成的CuFeO/γ-Al_2O_3复合氧化物催化剂,通过催化分解N_2O的活性评价结果确定催化剂的最佳Cu-Fe原子质量比为2∶1、最佳负载量为25%。通过XRD、BET、H_2-TPR等表征手段对催化剂的结构进行研究。结果表明,Cu_2Fe_1O/γ-Al_2O_3催化剂表面的CuO结晶度较小且高度分散,具有较大的比表面积;相比其他CuFeO/γ-Al_2O_3复合氧化物催化剂和单组分CuO/γ-Al_2O_3催化剂,Cu_2Fe_1O/γ-Al_2O_3还原能力更强,故表现出更强的N_2O催化分解能力。考察了N_2O质量分数、O_2体积分数、空速等反应条件对Cu_2Fe_1O/γ-Al_2O_3活性的影响。在515℃高温条件下连续反应100 h,N_2O转化率保持在90%左右,表明Cu_2Fe_1O/γ-Al_2O_3催化剂具有良好的热稳定性。