复合型tiolt2gt基scr脱除nox催化剂的制备及性能研究

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1、复合型Ti02基SCR脱除NOx催化剂的制备及性能研究摘要选择性催化还原(SCR)技术是重要的烟气脱硝技术，而催化剂是其中的关键技术之一。为了推进SCR脱硝技术在我国的应用，本研究以自制的蜂窝陶瓷和纳米Ti02为载体，开发面向燃煤厂矿脱硝的Ti02基SCR催化剂，研究分为整体式蜂窝状催化剂和纳米颗粒状复合催化剂两个阶段。本课题一方面主要研究了蜂窝陶瓷基整体式催化剂。实验以海绵模板法自制的多孔陶瓷作载体，A1203和Ti02作为扩表层，Cu作为活性组分，制备整体式催化剂及催化活性分析；试验以NH，为还原剂催化还原NOx，在自行设计的NOx催化还原装置上，系统地考察研究

2、了制备方法、Cu活性组分负载量、焙烧条件等因素对催化剂机械强度以及催化活性的影响，利用光学显微照片和XRD等表征方法对催化剂的物相结构进行了分析。另一方面，由于颗粒状催化剂的研究是成型性整体式催化剂开发的前提与基础，为了提高整体式催化剂的活性，即主要研究了纳米Ti02基颗粒状复合催化剂。实验以预制的纳米Ti02作载体，然后分别负载不同种类和含量的活性组分(如钒、铈、钴、锆和锰等氧化物)，从而制得Ce．V／Ti02和Co／Ce．V-Zr-Ti02纳米颗粒状催化剂。利用BET、XRD和SEM等表征测试手段，氨气作为还原剂，对NOx进行选择性催化实验，并研究了载体与催化剂

3、的物相结构以及其煅烧温度、各活性组分的引入量对Ti02载体的晶型转变以及催化性能的影响。通过以上两方面的研究主要取得以下的成果：第一，蜂窝陶瓷基整体式催化剂的制备与研究方面。以海绵模板法自制的多孔陶瓷载体的焙烧温度为900℃时，其载体具有足够的强度，而且孔隙丰富；其质量达标，效果优于市售多孔陶瓷基体。活性组分负载工艺的研究得出：负载A1203和Ti02时，加入适量的甘油作为干燥抑制剂，可多次焙烧并降低单次负载量以防止涂层因干燥过快而爆裂，得到的活性涂层连续均匀而不易脱落，但不得过分增加其含量，甘油与胶体的体积比为100：4为宜。活性组分配方的研究得出：当A1203和

4、Ti02的负载量与多孔陶瓷载体质量比为13：100和3：100，焙烧温度为450℃和500℃；制备出的Ti02／A1203／多孔陶瓷催化剂比表面积明显增大，催化活性也相应提高。物相分析表明，Cu／A1203／Ti02整体式催化剂在750。C焙烧后产生大量的催化活性物质CuAl204尖晶石，对NOx的转化率具有较大的提高。另外，Cu负载量过少活性不足，而过多则降低了催化剂的比表面积，使催化反应接触面减小，活性降低，即Cu的负载为10wt％时，Cu／Ti02／A1203／多孔陶瓷整体式催化剂对NOx转化率可达80％。通过对整体式催化剂机械性能测试，Cu／Ti02／A12

5、03／多孔陶瓷整体式催化剂可抵抗8MPa的压力，在强度上已达到实用标准，且催化性能远优于市场普通Ti02整体式催化剂，相对NOx的转化率也同比增加了10％。第二，纳米Ti02基颗粒状复合催化剂的制备与研究方面。通过溶胶一凝胶法和浸渍法，成功制备出选择性颗粒状纳米复合催化剂Ce．V／Ti02与Co／Ce．V-Zr-Ti02，其粒度范围为均为10．-一100nm。纳米载体的制备研究方面，Ti02与Zr-Ti02载体的煅烧温度分别为500℃和550℃时，制得具有大比表面积(可达73m2／g、75m2／g)和高活性的瑞钛矿晶型纳米二氧化钛(50．-一300nm)载体，催化还

6、原反应的NOx的转化率可达73．6％与82．5％。通过对Ce．V／Ti02催化剂的表征，物相中出现V3Ti6017、CeV04等复合氧化物晶型，是由于Ce4+半径大于Ti4+，Ce4+较难进入Ti02晶格内部，即没有CexTivo：相生成；V3Ti6017是一种聚合物，其含量过高会阻碍催化反应，而Ce的引入使得V3Ti6017含量降低，有利于催化反应的进行。V活性组分的引入，催化剂的微观形貌出现纳米棒状晶体，使其比表面积增大；Ce活性组分的引入，使催化剂颗粒进一步细化，表面积愈加增大，催化活性得到大大的提高。当催化反应温度为500℃时，纳米5wt％Ce．10wt％V

7、／Ti02催化剂对NOx的转化率可达93．8％。Co活性组分的添加，使催化剂粒度达到纳米尺寸，从而具有高比表面积和丰富的多孔结构；Co的添加量达到8wt％，催化反应温度为550℃时，纳米催化剂Co／Ce．V-Zr-Ti02表面具有丰富的多孔结构(孔径约为50～100nm)、高的比表面积以及反应接触活性，对NOx的催化反应的转化率可达96．2％。关键词：催化剂，SCR，整体式，颗粒状，纳米锐钛矿晶型Ti02INVESTIGATIoNANDPREPARATIoNoFCoMPoUNDSCRCATALYSTSFoRDENITRIFICATIoNGRAFTEDoNTi02