载体形貌对钒钛SCR催化剂脱硝活性影响

氮氧化物（NO_x）是大气主要污染物之一,对环境和人类健康都造成了严重的危害。选择性催化还原（SCR）技术具有脱除NO_x效率高（>90%）和运行稳定等优点而成为世界脱硝市场的主流技术,其常用的SCR催化剂是V₂O₅-WO₃（MoO₃）/TiO₂体系。在这一催化剂体系中,TiO₂载体起着的重要的作用,因为它不仅具有优异的抗硫性能,而且具有良好的分散钒的能力。研究表明不同形貌或高暴露特殊晶面的TiO₂可能会导致其物理化学性质发生显著变化,如表面能、表面酸性,以及其与活性组分的相互作用等。具有特定形貌和表面结构的TiO₂在光催化和染料敏化太阳能电池等领域的应用已多有报道,并显示出独特的性质。然而,人们对TiO₂载体形貌对钛基SCR催化剂活性影响方面的认识还很有限。本论文在对比了工业TiO₂粉体性能的基础上,着重研究了TiO₂载体形貌对V₂O₅/TiO₂催化剂活性的影响。得到主要研究结果如下:1)比较了四种工业TiO₂粉体的性能的差异。以四种工业TiO₂作为载体,采用浸渍法制备相应的V₂O₅-MoO₃/TiO₂催化剂。通过SCR活性评价,发现具有圆形小球规整形貌的TiO₂-J载体所制备的催化剂具有更好的NO转化率。BET结果显示,TiO₂-J载体负载钒活性组分后,比表面积明显提高,而其他载体负载钒后,比表面积均呈下降趋势。从TPR和TPD结果发现,以TiO₂-J为载体的催化剂比其他催化剂具有更高的还原性和更多的酸性位。因此证明,TiO₂-J有良好的物理化学性质是可以提高催化剂SCR活性并拓宽反应温度窗口的良好载体。2)讨论了不同形貌载体TiO₂的可控制备方法。采用水热法,通过调节水合肼的浓度,得到具有规整八面体形貌的TiO₂,记作TiO₂-O,其主要暴露{101}晶面。通过添加HF封端剂,制备出扁平片状形貌的TiO₂,记作TiO₂-S,其主要暴露高能{001}晶面。3)考察了载体形貌对V₂O₅/TiO₂催化剂脱硝活性的影响。以TiO₂-O、TiO₂-S和商业TiO₂ P25为载体,由浸渍法制备了三个3 wt%V₂O₅/TiO₂催化剂。活性评价结果显示,负载在TiO₂-S上的V₂O₅/TiO₂-S催化剂,其NH₃-SCR催化活性最高。通过SEM、TEM、BET、H₂-TPR、Raman、NH₃-TPD、DRIFT、XPS等手段对所制备的催化剂进行物化性质表征。发现具有特殊结构的高能{001}晶面为主导晶面的TiO₂-S载体与活性组分之间存在较强相互作用,使钒物种在TiO₂表面良好地分散。进而造成V₂O₅/TiO₂-S催化剂具有较高的还原性和更多化学吸附氧,这可能是其具有良好NH₃-SCR反应活性的主要原因。