氟摻雜氧化釩-氧化鈦催化劑制備及其低溫脫硝過程研究.pdf

1、以燃煤電廠煙氣脫硝為對象，采用低溫選擇性催化還原(SCR)方法，在國內(nèi)外低溫NH3-SCR脫硝過程和相應(yīng)催化劑研究的基礎(chǔ)上，針對目前低溫SCR催化劑研究思路的局限性，提出了氟摻雜催化劑的研究思路。本文較系統(tǒng)地研究了氟摻雜氧化釩/氧化鈦催化劑的制備及其在低溫SCR過程中的反應(yīng)特性，研究結(jié)果為設(shè)計(jì)新型低溫SCR催化劑提供了依據(jù)。
　　 首先，結(jié)合BET、XRD、XPS、ICP、Raman、EPR、PL、FT-IR和UV-vis DR

2、S等技術(shù)，研究了F摻雜量、F源和制備方法對催化劑結(jié)構(gòu)、表面特性和低溫SCR性能的影響。發(fā)現(xiàn)氟摻雜提高了銳鈦礦型TiO2的結(jié)晶度，增強(qiáng)了氧化釩與氧化鈦之間的相互作用，促進(jìn)了活性組分在載體表面的分散和超氧自由基的形成；在氟摻雜催化劑上，釩和鈦之間通過電荷補(bǔ)償作用形成了更多低價(jià)鈦和釩，提高了催化劑的氧化還原性能。溶膠-凝膠法較水熱法更適合制備含氟催化劑。氟對催化劑活性的促進(jìn)作用對于不同氟源具有普遍性。以(NH4)2TiF6為氟源，氟摻雜量為[

3、F]/[Ti]=0.0135時(shí)催化活性最好；在NO濃度500 ppm、NH3/NO=1.2、O25％、空速38893 h-1和0.9 wt％V2O5負(fù)載量時(shí)，該催化劑在483 K和513 K的反應(yīng)速率為對照催化劑的3.2倍，NO脫除率分別達(dá)到了55％和78％。SO2和H2O對低溫SCR反應(yīng)有協(xié)同抑制效應(yīng)。
　　 其次，在上述催化劑表征結(jié)果基礎(chǔ)上，建立了氟摻雜氧化釩/氧化鈦分子簇模型，采用密度泛函方法計(jì)算了催化劑表面的疏水性，發(fā)現(xiàn)

4、氟摻雜提高了氧化釩/氧化鈦表面對H2O的親和性，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)中得到的電荷補(bǔ)償作用。
　　 再者，以商業(yè)SCR催化劑為對比，利用EPR光譜等研究了反應(yīng)物在氟摻雜氧化釩/氧化鈦表面的吸附過程。結(jié)果表明NO(或NH3)和O2在氧化釩/氧化鈦表面吸附使得V4+和超氧自由基增加，即存在一個(gè)“兩步驟”過程：NO或NH3通過提供電子先使V向低價(jià)還原，并產(chǎn)生氧空位，然后在低價(jià)V上吸附O2形成超氧自由基。而氟摻雜促進(jìn)了該“兩步驟”過程中V4+和超氧

5、自由基的形成。氟摻雜增強(qiáng)了催化劑表面對NO的吸附，且不同氟摻雜量催化劑對NO的親和性與其低溫SCR催化活性變化趨勢一致。
　　 最后，在上部分研究內(nèi)容基礎(chǔ)上，采用“兩步驟”過程較深入地解釋了SO2和H2O對催化劑脫硝過程的抑制機(jī)理。發(fā)現(xiàn)H2O對NO和O2共吸附的影響主要是抑制“兩步驟”過程中超氧自由基的形成，而對NH3和O2共吸附的影響主要是抑制“兩步驟”過程中釩的還原；SO2對NO(或NH3)和O2共吸附中的“兩步驟”過程同時(shí)